Файл: Клемин А.И. Инженерные вероятностные расчеты при проектировании ядерных реакторов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 232

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

верку расходов по каналам), то необходимо вычислить два прира­

щения:

И ДГ|Г. ДЛЯ всех остальных параметров Ar\f == 0. Сна­

чала вычислим коэффициенты запаса IIQ И П?- ДЛЯ этого при извест­ ном, равном номинальному значению, перепаде ДРколл и при строго номинальных прочих параметрах рассматриваемого канала, кроме Qu — Qk + AQft,- определим расход через этот канал. Его удобно вычислять последовательными приближениями (численным мето­ дом, например, половинного деления) [37. 38]. Искомый расход яв­

ляется корнем

уравнения

ДР, ; о л л (0,,) = ДР"0 лл-

Зная расход Gk

и мощность

Qh

=

Qk AQi, по формулам (5.25) и (5.24) находим

T)Q. Аналогичным

образом

не трудно вычислить

и?. Приращения

A)]Q

и Ді]г определяются по формуле

 

 

 

 

 

 

= Лп — 1 1 ь

( 5 - 3 3 )

3. Для того чтобы сократить время, которое сильно возрастает

при

расчете погрешностей

Дп по формуле (5.31) для всех каналов

/г =

1,2,

N реактора,

удобно эти каналы разбить на /г* групп.

В каждую

такую

группу

объединить каналы,

которые работают

в приблизительно одинаковых условиях, допустим, мощности ко­ торых разнятся не более, чем на 1—5?о.- Эта операция приводит

к тому, что рассчитывать уже надо например,

не N

103 величин

Дг)й > а всего /г* < 50. Можно принять, что все каналы

отдельной

группы имеют одинаковые мощности, равные

средней

 

или же —

в запас — максимальной мощности канала в группе. В последнем случае для расчета в качестве номинальной мощности реактора сле­ дует условно принять новую величину

2

(Qk—Qli)

(5.34)

/=1

 

 

где Qp —«старая» номинальная мощность реактора; пк — число каналов в /е-й группе; Qh — принятая в расчете мощность канала

/е-й

группы: Qh = макс {Qhu Qh2,

Qhj,

C?fenft);

Q/"/— номи­

нальная

мощность г'-го канала,

принадлежащего /г-й группе (/ =

=

1,2,

й ).

 

 

теплотехниче­

 

Связь

рассмотренной задачи точности с оценкой

ской надежности реактора. Из предыдущего изложения ясно, что если для каждого канала активной зоны найти

т)мин = т Г — А т 1>

( 5 - 3 5 )

т. е. минимальный запас до кризиса теплоотдачи при кипении (с уче­ том возможных случайных погрешностей), то полученную в итоге систему величий т ] м и н можно рассматривать как комплексный по­ казатель теплотехнической надежности активной зоны реактора. Действительно, например, получив во всех каналах т]м н > 2, мож-


ио констатировать, что запас до кризиса достаточно высок, а стало быть активная зона в этом смысле достаточно теплотехнически на­ дежна. С другой стороны, если бы в некоторых каналах получилось

11мші <

М» т

о можно сказать,

что такая зона менее теплотехниче­

ски надежна,

чем предыдущая. При таком анализе выбираем наи­

более

напряженный

канал

в

зоне, имеющий наименьший

запас

min т)М Ш 1 , и

по этой

величине

судим о теплотехнической

надеж­

ности

всего реактора. Такой подход имеет один существенный не­

достаток. Он

не различает

по надежности два реактора, имеющих

одинаковую величину

т і п т ) М І Ш , но различное число каналов. Имен­

но поэтому, а также для решения вопросов, достаточен ли уровень теплотехнической надежности, например, при т|М 1 Ш = 1,1, или на­ сколько можно форсировать мощность реактора, у которого г)Ы 1 { н = = 2, одних приведенных показателей теплотехнической надежно­ сти мало. Необходимы дополнительные критерии, которые позво­ ляли бы судить о вероятности, что в режим кризиса теплоотдачи при кипении не выйдет ни один канал реактора, или выйдет только один, два, заданное число т каналов.

В этом смысле проСлема оценки теплотехнической надежности шире задачи оценки точности расчета ц, но они, безусловно, связа­ ны между собой и дополняют друг друга.

Пути отыскания закона распределения ц. Для вычисления упо­ мянутых вероятностей недостаточно знать одно максимальное от­ клонение Дг| (5.31), необходимо иметь закон распределения /(л), причем как можно более точный, поскольку инженера обычно интересуют малые вероятности выхода на кризис теплоотдачи при кипении (если они велики, такой режим явно недопустим), а их точ­ ное вычисление невозможно без знания самых крайних частей вет­ вей распределения /(т|). В этикусловиях при отыскании закона /(т|) уже не всегда оправданы приближения, связанные с линеари­ зацией функции ц — Qnp/Q (явно нелинейной по Q). Линеаризация возможна лишь при очень малом диапазоне изменения Q, а это ред­ ко бывает на практике. Метод Монте-Карло здесь тоже не всегда будет эффективен.

Есть два пути точного определения закона f(r\) : 1) не линеари­ зировать функции т] = Qnp/Q и попытаться по известным правилам теории вероятностей найти закон распределения /(і]); 2) вместо от­

носительного запаса до

кризиса теплоотдачи при кипении

г| =

— Qnp/Q рассматривать

абсолютный запас % = Q n p — Q,

закон

распределения для которого /(ид) является просто композицией

двух

нормальных законов, стало быть, тоже нормальный закон.

 

Сразу можно заметить, что второй путь проще. Однако он пред­ полагает отказ от традиционного рассмотрения относительного за­ паса (вообще, говоря, более наглядного, чем абсолютный). Поэтому целесообразно остановиться на обоих путях и сравнить их между собой, тем более, что в последнее время на практике стали исполь­ зовать тц наряду с її, но разницей в законах их распределения обычно пренебрегают, чего делать, как будет показано, нельзя.


Основные допущения. В своем рассмотрении будем считать, что Q n p и Q нормально распределены. Практически это так всегда и есть, так как случайные отклонения Q n p связаны с экспериментальными погрешностями измерения, которые нормальны, а случайные откло­ нения Q определяются большим количеством общих и локальных случайных факторов, выделить среди которых доминирующие труд­ но. Следовательно, по теореме Ляпунова (3.7), закон распределения Q также будет близок к нормальному. Запишем эти два закона в виде:

 

 

 

1

/ Q

— QH

/ ( Q n p ) =

Т75=-е х Р

2

\

(5.36)

а п р

у

2 л

o n p

 

 

 

f(Q)= exp

о0~[/2л

1

/

Q — Q" \ 2

(5.37)

2

V

aQ

 

где Qnp и QH —номинальные значения (без учета случайных отклоне­

ний) величин Q n p и Q для отдельного канала

реактора; 0 п р

и oQ

их

средние квадратические

отклонения;

oQ Y(GQ)2

+ (GQ)~ ,

OQ

И GQ — вклад в CQ общих

и локальных факторов.

 

 

Важным является вопрос о зависимости Q n p

и Q. Здесь надо вне­

сти ясность, поскольку до настоящего времени по этому поводу су­ ществует несколько противоречивых мнений. Если расход тепло­ носителя через канал активной зоны реактора в процессе эксплуа­ тации не зависит (или почти не зависит) от случайных изменений мощности реактора Qp на максимально возможную величину | AQP | и мощности канала на | AQJ 1 1, то Q n p и Q для данного канала можно считать независимыми. В противном случае они будут зависимыми, так как для канала Q n p существенно зависит в основном от расхода через него. В каждом конкретном случае этот вопрос должен тща­ тельно анализироваться, в частности, путем пробных расчетов ак­ тивной зоны. Разумеется, надо учитывать, что возможны ситуации,

когда Q n p слабо зависит (в какой-то области)

от расхода

G через

канал. Так что G хоть и изменится по отношению к GH

при

указан­

ных

отклонениях, однако Q n p не изменится

Qn p (G) «

Qnp(GH) =

=

Q"p. В этом случае можно считать, что Q n p

и Q для данного ка­

нала независимы.

 

 

 

Ограничимся рассмотрением случая, когда Q n p и Q для

конкрет­

ного канала можно считать практически независимыми в заданный период эксплуатации реактора. Этот случай достаточно часто встре­ чается на практике. Он хорошо реализуется в некипящих реакторах. Для кипящих аппаратов указанное условие тоже может быть спра­

ведливо, особенно для

реакторов с принудительной циркуляцией;

все зависит от величин

случайных отклонений мощности (от OQ И

GQ — чем они меньше, тем точнее предположение), а также от силы

связи между фактическими параметрами канала по следующей це­ почке Q f ->• G | Q n p J .


 

Точный закон распределения

величины

У\ = Q n p /Q . Поскольку

Qnp 1 1

Q независимы, закон

распределения

системы этих двух слу­

чайных величин согласно работе [1] имеет вид

 

 

 

 

/ ( Q n p .

Q) =

/ (Qnp) -f(Q)-

(5.38)

По

формуле (2.31)

интегральный

закон

распределения і]

запишем

в

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G(т|) =

Р і ~

<

л} =

II!(Qnp,

 

Q ) d Q n p d Q ,

 

где область интегрирования S представляет собой часть первой чет­

верти

координатной плоскости

(Q, Q n

p ) , ограниченную

прямой

Qnp =

ilQ, проходящей

через начало

координат, и осью

Q (Q и

Qnp >

0). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СС 11Q

 

 

 

 

 

 

 

G(r,) =

$

$ /(Qnp. Q)dQnpdQ.

(5.39)

 

 

 

 

b o

 

 

 

 

Отсюда, согласно формуле (2.3),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

£ ( л ) =

S Q-f(T\-Q;Q)dQ.

 

(5.40)

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

Подставляя выражения (5.38), (5.36) и (5.37), находим

со

dQ.

v о

Поскольку 3(SQ < Q", то нижний предел интеграла можно заменить на — со (этим прибавляем к нашему интегралу нулевое слагаемое). Выделим в квадратных скобках полный квадрат и после интегри­ рования получим

где T)"=Q^P /QH;

<y = Yy)4°Q/QHT

+ (%v/Qa?

Закон (5.41) заметно отличается от нормального закона, которым обычно пользуются, предполагая-, что функция т] в окрестности но­ минальной точки ( Q n p , Q") хорошо линеаризуется. Для сравнения запишем этот нормальный закон.

6.7

і


Приближенный закон распределения величины т| = Qnp/Q, полученный методом линеаризации. Линеаризуем функцию т| обыч­ ным способом как функцию двух аргументов:

л (Qnp- Q) = ч Л И 1 . = л" + ( W Q „ P ) |„ (Qnp -Qnp) - f

+ (дг\№\„ (Q - Q") = '4" + (Qnp/QH)-[Qnp/(Q")2]Q-

Поскольку т)Л Ш 1 является линейной функцией двух независимых, нормально распределенных случайных величин Q n p и Q, то закон ее распределения также нормальный с параметрами:

 

 

М (тіл....) =

л н +

(Qn p )/Q"] -

[QnP/(Q")2] М (Q) = л»,

 

 

так

как

М (Qn p ) = Qn p

и М (Q) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я ( Л Л И „ )

= [О (Qn p )/(QH )2 ] +

[Qn p /(Q")2 ]2 D (Q)

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°л„„ =VD

Л І І І 1 ) =

-^(л")2

(CTQ/Q")2 + (crN P /Q")2

 

 

 

В итоге

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(4mm) =

T7==

exp

1 ] — Т ] н

 

 

 

(5.42)

 

 

 

алші

 

 

 

 

Сравнение законов

У2яа Л І І Н

заметить,

 

что они

 

(5 . 41) и (5.42). Нетрудно

 

совпали бы друг с другом, если для закона (5 . 41)

в множителе, сто­

ящем перед ехр,

и в а

положить т|=тін . Во-первых, это

означает,

что

линеаризация

дает малую

погрешность лишь

когда

п «

и",

т. е. когда

о да а л н н

 

0

или

а п р

Q" и CFQ <^ Q".

Во-вторых,

за­

коны близки в области

л

& т|н , т. е. около центра

распределения

и разнятся на его краях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

иллюстрации

различия между законами (5 . 41)

и

(5.42)

на рис.

17 изображены кривые этих распределений в случае а и р

=

=

OQ =

а'

(довольно

реальная ситуация).

 

 

 

 

 

 

Инженера обычно интересует не столько сама кривая g{r\),

сколь­

ко интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р - =

JgOl)<*n,

 

 

 

(5.43)

 

 

 

 

 

 

 

 

— оо

 

 

 

 

 

 

характеризующий теплотехническую надежность (точнее, нена­ дежность) канала и равный вероятности, что запас до кризиса тепло­ отдачи при кипении в канале л. < 1, т. е. что канал работает в ре­ жиме кризиса. Для двух кривых, изображенных на рис. 17, эта вероятность равна

Р ~ = 0,017 (получена численным интегрированием),

Р Л - И Н = 0 , 5 - Ф ( - ^ - ) = 0,0336 .

* ( 5 - 4 4 )

V 0,164 /