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
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 -г 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, |
/гй ). |
|
|
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 + |
[М (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 |
0іЛ 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 /