Атомная наука и промышленность

Вид материала

Документы

Содержание База данных по теплообмену для реакторов с жидкометаллическим охлаждением

Подобный материал:

• 4. Атомная энергетика, 5.38kb.
• О конкурсе рефератов «Атомная наука и техника» для учащихся средних общеобразовательных, 126.39kb.
• Программа вступительного экзамена для поступления в магистратуру по профессионально-образовательной, 39.27kb.
• Паспорт инвестиционного проекта, 27.34kb.
• Всероссийская научно техническая конференция «сибирь атомная. XXI век», 28.4kb.
• Рекомендации по повышению конкурентоспособности малого и среднего бизнеса в россии, 67.45kb.
• ««наука и промышленность вот мои мечты», 79.34kb.
• Социальная программа «Шаг в будущее, Электросталь», городская тематическая конференция, 600.58kb.
• Урок класс 10 Тема «Топливно-энергетическая промышленность мира. Топливная промышленность», 16.12kb.
• Атомная физика это наука об электронном строении вещества. Она призвана объяснить его, 16.7kb.

БАЗА ДАННЫХ ПО ТЕПЛООБМЕНУ ДЛЯ РЕАКТОРОВ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Жуков А.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А., ГНЦ РФ-ФЭИ им. А.И.Лейпунского


В настоящее время накоплен богатый экспериментальный и расчетный материал по теплогидравлике реакторов с жидкометаллическим охлаждением. На основании этого материала выпущены методические указания и рекомендации по теплогидравлическому расчету активных зон быстрых реакторов [8].

Для получения надежных данных по теплогидравлическому обоснованию активных зон и теплообменников быстрых реакторов созданы теплогидравлические модели при соблюдении принципов теплового моделирования ТВС и теплообменников. Основу технического моделирования составляют разработанные и внедренные в практику принципы конструирования имитаторов твэлов, теплогидравлических моделей ТВС и теплообменников, создания нагревателей большой мощности с постоянным и профилированным энерговыделением, выбора числа имитаторов твэлов и трубок в модельных сборках, измерения температур в модельных ТВС и т.д. Эти принципы наряду с разработанными ранее теоретическими основами теплового моделирования твэлов [7] успешно применяются при теплогидравлическом обосновании быстрых реакторов.

Сведения по расчету коэффициентов теплоотдачи и максимальных неравномерностей температуры гладких и оребренных твэлов с жидкометаллическим охлаждением получены на основании исследований применительно к активным зонам быстрых реакторов (1,04≤s/d≤1,17), а также общефизических исследований для решеток твэлов в широких интервалах изменения определяющих параметров (относительный шаг решеток твэлов 1,0  s/d  1,8, число Пекле 4 ≤ Ре ≤ 3500, число Прандтля 0,007 ≤ Pr ≤ 0,03, параметр эквивалентной теплопроводности твэлов 0,02 ≤  ≤ 16), позволивших выявить основные закономерности теплообмена в «бесконечных» решетках твэлов с жидкометаллическим охлаждением [3]. Формулы носят универсальный характер, так как применимы для любых цилиндрических твэлов с жидкометаллическим охлаждением. Для оперативных инженерных оценок также имеются номограммы, аппроксимирующие обобщенные формулы.

Изучены температурные поля и теплообмен в периферийных зонах ТВС (при наличии и отсутствии вытеснителей). Общие неравномерности температуры по периметру боковых твэлов превышают максимальные азимутальные температурные неравномерности твэлов регулярной решетки, что обусловлено недогревом теплоносителя у чехла. На общую неравномерность температуры накладывается периодическая неравномерность, обусловленная геометрией канала. Все это ухудшает теплоотдачу периферийных твэлов. Для расчета неравномерностей температуры и теплоотдачи периферийных твэлов используются специальные формулы.

На температурные поля и теплоотдачу твэлов влияют многие факторы, некоторые из которых рассмотрены ниже. Дистанционирующее оребрение у твэлов с жидкометаллическим охлаждением вызывает локальные увеличения температуры оболочек. Особенно это относится к твэлам с малой эквивалентной теплопроводностью (делящийся материал – двуокись урана, оболочка – из нержавеющей стали, теплоноситель – натрий).

Воздействие неадиабатических граничных условий на чехлах ТВС на температурное поле в общем случае определяется геометрией ТВС, интенсивностью межканального обмена в ТВС и теплообмена между ТВС, величиной межпакетной протечки теплоносителя, а также характером поля энерговыделения. Тепловой обмен между ТВС может увеличивать или уменьшать неравномерности температуры периферийных твэлов в зависимости от характера взаимодействия ТВС.

Влияние неодинаковой тепловой мощности твэлов на температурные поля ТВС выражается в увеличении безразмерных неравномерностей температуры по периметру твэлов. Экспериментальные исследования температурных полей ТВС с градиентным энерговыделением показали, что неравномерности температуры по периметру твэлов ТВС с переменным по сечению энерговыделением выше на 50-60%, чем при постоянном энерговыделении. В связи с этим вопрос о неравномерностях температуры по периметру твэлов при градиентном по сечению ТВС энерговыделении требует дальнейших исследований.

В результате анализа расчетных и экспериментальных данных получены обобщающие формулы для коэффициентов гидравлического сопротивления гладких и оребренных пучков твэлов для ламинарного, переходного и турбулентного режимов течения [5].

Исследования, проведенные для различных жидкометаллических теплоносителей электромагнитным (измерение перетоков массы электромагнитными датчиками) и тепловым (обогрев стержня и изучение растечек тепла от горячего пятна) методами, позволили установить определяющие параметры и дать рекомендации для расчетов локальных и средних коэффициентов межканального обмена массой, импульсом и энергией в сборках быстрых реакторов [4].

Изучены температурные поля и теплообмен твэлов при деформации каналов, вызванной одиночным или групповым смещением твэлов, прогибом одного или нескольких твэлов, формоизменением пучка и чехла ТВС и другими факторами [4, 6, 8]. Имеются формулы для множества исследованных вариантов деформации. Конечно, деформация приводит к резкому росту неравномерностей температуры и падению теплоотдачи.

В отечественной и зарубежной практике проведены многочисленные исследования блокированных ТВС. Выявлен характер поведения расходов и подогревов теплоносителя в функции степени блокады проходного сечения под теплоноситель. Подробный обзор экспериментальных исследований с обобщением результатов исследований дается в [2].

Применительно к активным зонам реакторов, охлаждаемым любым теплоносителем, в том числе, и жидкометаллическим, разработана поканальная методика расчета температурных режимов ТВС. Она базируется на использовании вышеперечисленного экспериментального материала, хорошо отработана на активных зонах реакторов с жидкометаллическим охлаждением, дает надежные конечные результаты и достаточно проста в своём применении [1, 4, 8]. В расчетах учитывается вся совокупность каналов в ТВС и в межпакетном пространстве, а в случае расчета активной зоны рассматривается группа взаимодействующих ТВС при последующем обегании всего пространства активной зоны реактора.

Предсказание характеристик теплообменников требует точного знания распределения давления и скорости рабочей среды в объеме теплообменника для условий эксплуатации. Получены экспериментальные данные по гидродинамике и теплообмену в теплообменнике с жидкометаллическим обогревом. Распределение температуры и теплопередача исследовались на модели теплообменника натрий-натрий.

Вопросы естественной и смешанной конвекции в ТВС активных зон реакторов представляют собой большую практическую значимость с точки зрения охлаждения реакторов в неноминальных и аварийных режимах работы. Экспериментальные исследования, выполненные на модельных ТВС, позволили выявить закономерности в формировании температурных полей в твэлах и в теплоносителе в режиме естественной конвекции как для тесных, так и для раздвинутых решеток стержней.

Весь комплекс перечисленных теплогидравлических исследований, сочетающий тепловые и гидродинамические эксперименты с развитием методов теплогидравлического расчета, позволяет получить обширные данные для обоснования реакторов с жидкометаллическим охлаждением.

Литература:

1. Жуков А.В., Кириллов П.Л., Матюхин Н.М. и др. Теплогидравлический расчет ТВС быстрых реакторов с жидкометаллическим охлаждением. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Жуков А.В., Матюхин Н.М., Сорокин А.П. Теплогидравлические характеристики модельных ТВС реакторов при частичной блокировке проходного сечения (твэлы с проволочными навивками). – Ядерная энергетика, 1997, №5. – С. 65-73.

3. Жуков А.В., Свириденко Е.Я., Матюхин Н.М. Экспериментальное исследование температурных полей и теплоотдачи в треугольных решетках имитаторов твэлов с жидкометаллическим охлаждением. Препринт ФЭИ-800.   Обнинск: ФЭИ.

4. Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов: расчётные программы и практическое приложение.   М.: Энергоатомиздат, 1991.

5. Жуков А.В., Сорокин А.П., Титов П.А., Ушаков П.А. Анализ гидравлического сопротивления пучков твэлов быстрых реакторов. – Атомная энергия, 1986, т. 60, вып. 5. – С. 317-321.

6. Казачковский О.Д., Жуков А.В., Сорокин А.П. и др. Температурные поля в формоизмененных ТВС быстрых реакторов. – Атомная энергия, 1988, т. 65, вып. 2.

7. Субботин В.И., Ибрагимов М.Х., Ушаков П.А. и др. Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках. – М., Атомиздат, 1975.

8. Методические указания и рекомендации по теплогидравлическому расчету активных зон быстрых реакторов. РТМ 1604.008-88/ Под ред. А.В.Жукова и А.П. Сорокина/ Гос. Комитет СССР по использованию атомной энергии.   М.: ОНТИ ФЭИ, 1989.