Максимальное значение температуры топлива в твэле средней мощности

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 3

«Оценка эффективной температуры в

стерженьковых ТВЭЛах»

по дисциплине “Физика ядерных реакторов”

вариант задания №39

Выполнил студент гр. 5021	______________	Пендюрин И.А.
Проверил доцент	______________	Кузьмин А. В.

Томск 2016

Определение компоновки и поверхностный тепловой поток

Таблица №1 – Исходные данные к расчету урано-водной решетки

МВт	мм	мм	Тип решетки	Вид топлива	%		МПа	Толщина Оболочки ТВЭЛа
	8,5	12,4	К	U			15.5	0.6

Так как тепловая мощность больше 2000 МВт, то далее будем ссылаться на прототип ВВЭР-1000, в ТВС которого 312 стержней. Характеристика АЗ ВВЭР-1000:

Таблица №2 Параметры реактора ВВЭР-1000

Общее число мест (
Число ТВЭЛ-ов (
Число ПЭЛ-ов (
Центральные каркасные трубки (далее ЦКТ) (
Толщина оболочки ( мм	0,6
Толщина водяного зазора между ТВС ( мм
Размр ТВС под ключ ( мм

Температура теплоносителя для ВВЭР 1000 составляет:

На входе:

На выходе:

Выбираем удельную энергонапряженность: : Тогда объем активной зоны определится как:

Зная объем АЗ, можно с легкостью определить диаметр АЗ, считая, что форма реактора – ограниченный цилиндр. Для ВВЭР-1000 стандартная высота активной зоны составляет тогда:

Определим также площадь поперечного сечения в АЗ:

Необходимо найти поперечную площадь ТВС. Для упрощения расчёта считаем размеры ПЭЛ и центрального канала равными размерам ТВЭЛ. Толщину водяного зазора между ТВС принимаем равной Тогда:

Число ТВС определиться как:

Рис.1. Активная зона с квадратной решеткой

Уточним количество ТВС при помощи схемы изображенной на Рис.1. На ней видно, что для того, чтобы выполнить активную зону реактора так, чтобы размеры АЗ были

в пределах вычисленных значений и расположение ТВС было симметрично, возможно использовать максимум 269 ТВС.

Уточняем объем активной зоны и энергонапряженность:

Расчет эффективной температуры топлива в общем случае требует численного решения многомерной задачи. Для оценки эффективной температуры топлива в стержневых ТВЭЛ-ах можно воспользоваться полуэмпирической формулой:

Где:

максимальная температура на поверхности топливного стержня,

максимальная температура в центре топливного стержня.

Не учитывая выделения тепла в замедлителе, найдем средний по реактору поверхностный тепловой поток или поверхностный тепловой поток в кассете средней мощности:

Рис.2. Пример выполнения АЗ реакторов PWR и ВВЭР

Нахождение коэффициента теплоотдачи

Для расчета коэффициента теплоотдачи необходимо определить характерные размеры решетки, а также некоторые критерии подобия, которые помогут выбрать на расчетную формулу для коэффициента теплоотдачи. Считаем относительный шаг решетки:

Проходное сечение приходящееся на один твэл равно объему воды на 1 см активной зоны в эквивалентной ячейки (Sтн). По параметрам теплоносителя определяем его теплофизические свойства, используя для этого программу “WaterSteamPro”.

Коэффициент теплоотдачи в пучках стержней примем постоянным по высоте, а рассчитывать будем по упрощенным зависимостям:

Расчет коэффициента теплоотдачи итерационный:

1 итерация

Данное значение сильно отличается от ранее рассчитанного, поэтому перейдем к следующей итерации:

2 итерация

Максимальная температура стенки ТВЭЛа не должна превышать температуру насыщения ТН при . Это означает, что запас до закипания 13,19 .

Максимальное значение температуры топлива в твэле средней мощности

где множитель, корректирующий значение потока на средний диаметр оболочки;

толщина и коэффициент теплопроводности оболочки;

диаметр топливной таблетки;

λ_заз– коэффициент теплопроводности газа, которым заполняется газовый зазор;

Процесс расчета максимального перепада температуры на оболочке твэла итерационный. В первом приближении примем температуру на внутренней стенке оболочки

Процесс расчета максимального перепада температуры на оболочке ТВЭЛа итерационный. В первом приближении примем температуру на внутренней стенке оболочки:

1 итерация

Тогда средняя температура оболочки:

Максимальный перепад температуры на оболочке ТВЭЛа примем равной:

Процесс расчета перепада температуры в газовом зазоре также итерационный.

В первом приближении примем температуру сердечника:

Тогда средняя температура газового зазора:

Толщину газового зазора примем:

Тогда диаметр топливной таблетки:

Видим, что рассчитанное сильно значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет до схождения значений:

Перепад температуры в газовом зазоре примем равным:

Максимальный радиальный перепад в топливном сердечнике твэла при постоянной теплопроводности и, учитывая распределение тепловыделения по радиусу цилиндрического ТВЭЛа в виде модифицированной функции Бесселя:

Это выражение можно записать в виде:

Если пренебречь зависимостью профиля распределения плотности потока тепловых нейтронов, значение которого в поверхностных слоях топлива более высокое, и взять среднее значение энерговыделения, то получим:

Металлический уран:

Процесс расчета температуры топливного сердечника итерационный. В первом приближении примем температуру топливного сердечника:

Тогда средняя температура сердечника:

Видим, что рассчитанное значение значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и будем повторять расчет до схождения значений.

Температуру топливного сердечника примем равной:

Определим распределение температуры на и по формуле:

Рис.3. Распределение температур в ТВЭЛе

Вывод:

В работе проведен расчет эффективной температуры топлива в стержневом ТВЭЛе реактора. Параметры теплоносителя подбирались по заданному давлению, поэтому они соответствуют параметрам теплоносителя ВВЭР – 1000. По этой причине ВВЭР – 1000 был выбран в качестве реактора-прототипа. Была скомпонована активная зона с высокой тепловой мощностью и невысокой энергонапряженностью.

Рассчитанная максимальная температура горючего , не превышает температуры плавления металлического урана, примерно равной а эффективная температура горючего находится в пределах между максимальной температурой горючего и максимальной температурой стенки топливного сердечника , что подтверждает правильность расчета.

Литература

1. ВВЭР-1000: физические основы эксплуатации, ядерное топливо, безопасность/ А.М. Афров, С.А. Андрушечко, В.Ф. Украинцев и др. – М.: Университетская книга, Логос, 2006. – 488 с. + 16 с. цв. вкл.

2. Владимиров В.И. Физика ядерных реакторов: Практические задачи по их эксплуатации. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»,

2009. – 480 с.

3 Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352с.

4. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов; 2-е изд., перераб. – М.: ИздАт, 2008. – 256 с

5. Кириллов П.Л., Терентьева М.И., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: Учебное справочное пособие для студентов специальностей: 14.03.05 – Ядерные реакторы и энергетические установки, 14.04.04. – Атомные электрические станции и установки / Под общ. ред. проф. П.Л.Кириллова; 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ИздАт, 2007. – 200 с

6. Определение эффективной температуры топлива реактора на тепловых нейтронах: методические указания к выполнению инди-видуального домашнего задания по дисциплине «Физика ядерных реак-торов» для студентов, обучающихся по специальности 141403 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг»/ сост. А.В. Кузьмин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 41 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: