Гидродинамический расчёт парогенератора

Таблица 1.6

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчётная формула	Числовое значение
	Средняя скорость движения ТН		м/с
	Средняя кинематическая вязкость ТН		м2/с
	Средняя температура ТН		˚ С
	Среднее число Re		-
	Число рядов трубок по ходу тока	m	-
	Коэффициент сопротивления движению ТН		-
	Средняя плотность ТН		кг/м3	f() – справ. данное, [8]
	Гидравлическое сопротивление движению ТН		МПа

	Гидравлическое сопротивление по тракту ТН:		МПа
9.1	-на выходе		МПа
9.2	-на входе		МПа
9.3	-змеевика		МПа
	Коэффициент сопротивления движению ТН		-
	Средняя плотность теплоносителя		кг/м3
			-	1 – резкое расширение 0, 5 – резкое сужение

Тепловой и габаритный расчёт АКТИВНОЙ ЗОНЫ реактора

Общие положения.

2.1.1. Конструкция АЗ.

Активная зона является основной частью ядерного реактора. В ней расположено ядерное топливо. В нём выделяется тепло, последнее отводится теплоносителю, который циркулирует через АЗ. В современных СЯЭУ наиболее распространены водо-водяные ядерные реакторы с водой под давлением (ВВРД).

АЗ имеет цилиндрическую форму и размещена в так называемой корзине АЗ. Корзина – это цилиндр, торцовые стенки которого представляют собой плиты с отверстиями. ТВС помещаются в эти отверстия корзины.

Основной частью ТВС являются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). В реакторах типа ВВРД используются стержневые ТВЭЛы. Это цилиндрические топливные стержни, помещённые в герметичные оболочки. Наиболее распространённым топливом ВВРД является керамика UO₂, имеющая температуру плавления 2880˚ С. Топливный стержень часто собирается из таблеток диаметром d_топл =6-10мм.между оболочкой и топливными таблетками предусматривается зазор δ _заз=0, 05-0, 1 мм. Он заполняется гелием, поэтому его называют “гелиевым” зазором. Оболочка ТВЭЛов изготавливается из нержавеющей стали аустенитного класса или циркония и имеет толщину 0, 6-0, 8 мм. Возможно изготовление топливных стержней из уплотнённого порошка оксидного топлива. В этом случае зазор между оболочкой и топливом отсутствует.

Кроме керамического топлива в реакторах используется дисперсионное топливо. Это топливная композиция, представляющая собой частицы размером 20-500 мкм, равномерно распределённые в металлической матрице из неделящегося материала, например, нержавеющей стали. Такая композиция может быть использована в энергетических реакторах до температур 900˚ С. В дисперсионных ТВЭЛах зазор между топливом и оболочкой отсутствует

Зазоры между соседними стержнями назначают с учётом целого ряда факторов. Если относительный шаг , то такие пучки считаются тесными. Фиксирование ТВЭЛов в решётке производится с помощью дистанцирующих устройств.

между соседними ТВС всегда предусмотрен зазор до 10-15 мм.

2.1.2. особенности тепловых и температурных полей в АЗ.

Важной характеристикой зоны является средняя удельная теплонапряжённость q_v. Для ВВРД q_v=70-110 МВт/м³. тепло в зоне выделяется при реакции деления ядер топлива, которая происходит при поглощении ими свободных нейтронов. Эти нейтроны появляются при реакции деления, что делает реакцию самоподдерживающейся (цепной). Понятно, что число актов деления, а следовательно, и тепловая мощность, определяется полностью концентрацией нейтронов в рассматриваемом объёме, т.е. величиной так называемого нейтронного потока Ф.

В свою очередь, величина Ф в любой точке зоны зависит от интенсивности каждого из одновременно действующих трёх факторов:

- генерирование нейтронов;

- их поглощение;

- утечка из рассматриваемого объёма.

Утечка происходит с поверхности зоны, т.е. концентрация нейтронов на её периферии будет меньше, что приведёт к уменьшению интенсивности генерирования и поглощения нейтронов в этих областях. В итоге имеем неравномерное распределение удельного тепловыделения в объёме. Количественно неравномерность можно охарактеризовать радиальным и осевым коэффициентами неравномерности: k_r =q_max/q(r) и k_z =q_max/q(z).

Наибольшее тепловыделение будет иметь место в точке, наиболее удалённой от внешних границ, т.е. на полувысоте оси цилиндра, наименьшее – на наружных поверхностях. Если окружить зону слоем замедлителя (отражателем), то можно часть нейтронов, покинувших зону, вернуть в неё и благодаря этому уменьшить потребный объём зоны неравномерность в распределении нейтронного и теплового потоков. Модель зоны без отражателя удобна тем, что условия на внешних её границах всегда одинаковы (нейтроны обратно не возвращаются). Благодаря этому распределение нейтронного и теплового потоков в объёме зоны описываются аналитически.

Все активные зоны реальных реакторов имеют отражатель, благодаря чему их размеры меньше, а распределение температур и тепловых потоков становится более сложным.

В приближённых оценках и учебных расчётах используется следующий удобный приём. Рассматривается не зона с отражением, а зона, какой она была бы без отражателя. В этом случае размеры зоны стали бы больше реальных на величину δ _эф, но характер распределения температур и потоков останется таким же, как в реакторе без отражателя. Именно этот приём используется в данной курсовой работе.

Наиболее напряжённой является центральная ТВС. Если условия в ней приемлемы, то и во всех других – тоже. Поэтому обычно анализируется то, что происходит в осевом канале.

Реактор является подогревателем однофазного жидкого ТН. Но для интенсификации теплообмена внутри зоны в области наибольших удельных тепловых потоков во многих реакторах созданы условия для возникновения поверхностного кипения. Энтальпия ТН вдоль канала только возрастает. Когда она достигает определённой величины i_пк, начинается кипение на поверхности ТВЭЛа. Оно продолжается на некоторой части канала пока i_пк< i_т, и прекращается в точке, за которой энтальпия ТН из-за малых тепловых потоков уже не достигает i_пк. Величина i_т рассчитывается аналитически.

Для ядерного реактора важным является вопрос о том, насколько максимальная тепловая нагрузка меньше критической, т.е. о запасе по кризису теплообмена. Действительно, в реакторе, как и в электрическом подогревателе, интенсивность тепловыделения не зависит от условий теплоотвода от поверхности ТВЭЛов. При достижении критической тепловой нагрузки, как при наличии, так и в отсутствии кипения, ТВЭЛ покроется паровой плёнкой, теплоотдача от него резко уменьшится. Поскольку тепловыделение продолжается, то температура топлива на сотни градусов возрастёт, произойдёт перегрев и разрушение ТВЭЛа.

Переход к плёночному кипению в отсутствии поверхностного кипения происходит непосредственно от режима течения однофазного ТН. При наличии поверхностного кипения паровая плёнка оттесняет от стенки ТВЭЛа слой кипящего ТН в некипящее ядро потока. Это происходит при другой тепловой нагрузке.

2.1.3. содержание тепловых расчётов.

Тепловые расчёты АЗ выполняются как проверка теплотехнической надёжности зоны.именно поэтому расчёты заключаются в следующем:

- определение максимальной температуры оболочки ТВЭЛов и сравнение её с допустимой;

- определение максимальной температуры топлива и сравнение её с допустимой;

- определение минимального запаса по критической тепловой нагрузке и сравнение его с допустимым.

2.1.4. Расчётная модель.

Принимается упрощённая модель со следующими основными характеристиками:

- зона имеет отражатель, δ _эф=80 мм;

-распределение удельного теплового потока по высоте зоны косинусоидальное, по радиусу зоны оно описывается функцией Бесселя;

- наличие отражателя учитывается величинами k_r и k_z;

- отношение высоты к диаметру равно 1;

- решётка ТВЭЛов раздвинутая (не тесная) и взаимное влияние их отсутствует;

- при определении максимального удельного тепловыделения учитываются только коэффициенты неравномерности распределения удельного тепловыделения по зоне в целом, т.е. k_r и k_z;

- зазор между топливным стержнем и оболочкой ТВЭЛов отсутствует;

- ТВЭЛы образуют абсолютно правильную решётку;

- падение давления по высоте зоны не учитывается.

Рис.2.2.1 Основные размеры активной зоны