Файл: Лабинский Ю.В. Корабельные ядерные реакторы учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.07.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 0
между внутренним и внешними каналами «стаатся постоян н е й во всей высоте тѳиловндѳляпдего элемента, и темпе ратура ядерного горючего может определяться по одной из следущжх двух формул:
г &н |
Вх |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
t n |
= t T + |
|
|
|
|
|
|
|
X |
||
|
|
|
|
JBH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RA ) <^°s(ßc ZJ |
|
(74) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
гн |
J н |
|
scn(ßcz) |
|
У |
У |
|
У |
Q«ßc |
||
|
|
|
|
||||||||
м “Ѵ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
||
. |
sin( ß c z ) |
' y |
f |
- |
y |
r |
i s " ( ß A ) |
||||
|
|
|
|||||||||
, н о5-н |
к.н |
£ ц . |
|
|
|
|
|
(75) |
|||
(*<**>, |
< |
) ™ ( ß c *)• |
ZH |
х8ң |
|||||||
|
Для выполнения условия |
|
|||||||||
|
t T |
- |
t r |
необходимо |
|||||||
соблюдение |
равенства |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
С * е~ |
( ^ ) г ~ ( - п ) г . |
|||||||
_ Н |
|
о б н |
к - н |
л / И |
( ъ У - С г 8/ ) 2 |
||||||
|
|
|
+ * л |
Джи жоикретного ТВЭЛ все величины, входящие в эхо вира-
хеіѵв, кроме R^ |
и |
будут |
иметь постоянные |
чяолйвже значения, |
величины |
R^ , |
R 8” и г„ будут |
опредеяжтівіЕ значениями коэффициентов теплоотдачи для внутреннего * &н и наружного ы.п каналов. Следова тельно, существует единственное соотноненне расходов теплоносителя по каналам, которое обеспечивает сохране
ние постоянства температур теплоносителя в обоих кана лах при любом значении г .
62
Кэлы хевнэ-дм с одосторон нп охлаждением
Коліцэвме тепловыделяющие элэнеиты могут т е т ь од ностороннее охлаждение. Так, в ядерном реакторе Первой атомной электростанціи АН СССР были нспользованн коль цевые ТВЭЛ с односторонним внутренним охлахдѳннем. Мак симальная температура ядерного горшего в таких элемен тах будет нметь место на нх внешней, неохлахдаемой поворхяЭСТя. Для расчета таких ТВЭЛ иохет быть использо вана форму» (7 4 ), в которой гг п должно быть замене-
UBft
Вэнергетических ядерннх реакторах могут применять ся кольцовне тепловнделянцие элементы с односторонним виомиим охлаждением. Максимальная температура ядерного горючего в таких элементах будет п е т ь шесто на внут ренней поверхности. Для расчета подобных ТВЭЛ иохет кс-
нольээваться формула (7 5 ), в которой для этого случая
ІН
•
Сборки кондентрнческих кольиевнх ТВЭЛ
В ядэрнк реакторах могут кснольэоваться сборки концентрических кольцевнх ТВЭЛ. Подобнне сборки харак теризуются двумя особенностями. О д» нз них состоит в тон, что количество тепла, генерируемое отдельными ТВЭЛ, различно. Другая особенность заключается в тон, что теплоноситель, протекащий между двумя соседнпн кольцевыми элементами, воспринимает тепло от двух ТВЭЛ. Расчет температур для таких ТВЭЛ связан с определенными трудностями. Рекомендации по определению температуры
63
оболочек и ядерного горючего в сборках ТВЭЛ кольцевого типа будут даны в § 7.
§ 9. Оигалеление температуры твердого замедлителя ардтдонав
Кинетическая энергия нейтронов деления, а также зна чительная часть энергии р - излучения переходят в те пловую энергию а выделяются в виде тепла в замедлителе ■ейтронов. Так, вапрниер, расчеты, выполненные для Пер вой атоиаой электростанции АН СССР, показали, что в
графитовом замедлителе |
выделяется |
примерно |
9% от обще |
||
го |
количества |
энергии, |
высвобождающейся в |
процессе де- |
|
і ѳ |
н и я [4]. В |
твердом замедлителе |
нейтронов |
это тепло |
путев теплопроводности передается теплоносителю, прохо дятеиу в рабочих каналах.
Блоки ядерного горючего и рабочие каналы образуют в заледлителе правильную геометрическую решетку. Поэто ву строгий расчет теплопередачи в твердом замедлителе связан с большими математическими трудностями. В то хе время эта задача в первом приближении может быть реше на довольно просто, если принять, что вся энергия ядерных излучений, образующихся как в процессе деления атомных ядер, так и при радиационном захвате нейтронов, выделяется в виде тепла в ячейке того самого канала, где произошло образование этих излучений.
Когда активная зона достаточно велика, то все ячей ки в активной зоне (реиетке) равнозначны и нет перето ка тепла из одной ячейки в другую. В этом случае кахдув ячейку при расчете теплопередачи в твердом замедли теле можно рассматривать изолированно от других ячеек. Такого рода метод расчета температуры замедлителя был
64
применен пре расчете температуры графитового зам ени теле в ядерном реакторе ПервоI атомной электростанции
АН СССР О ] .
После внделення одной ячейки из решѳ7кк активной зонв при расчете температуры замедлителя эту ячейку без большой погрешности полно заменить эквивалентной круглой ячейкой, как этѳ делалось яра расчете коэффи
циента использования тепловых нейтронов. Таким образом, задача определения максимальной температуры твердого замедлителя сводится к определенно максимальной темпе ратуры в толстостенной цилиндрической втулке замедлите ля, охлаждаемой со стороны внутреннего канала.
Опыт Первой атомной электростанции АН СССР показы вает, что ход плотности тепловыделения в твердом заме длителе практически совпадает с ходом плотности нейтро нов. Поэтому тепловыделение в твердом замедлителе мож но считать пропорциональным составлящей потока нейтро нов R ( x ) в активной зоне ядерного реактора. Так как изменение потока нейтронов по сечении замедлителя в ячейке невелико, то мощность тепловыделения мѳкно при нять постоянной по толщине блока замедлителя.
Рассмотрим, с учетом сделанных выие предположений, процесс передачи тепла от замедлителя к теплоносителе, протекавшему в рабочем канале (рже. 1 4 ).
Теплоноситель воспринимает тепло от теплѳвыделящнх
элементов, расположенных |
в канале, и от замедлителя, |
|||
окрухащего канал. Пусть |
из общего количества тепла |
|||
Q * , генерируемого |
в ячейке, в теоловндѳлящмх |
элемент |
||
тах выделяется часть |
тепла, равная ^ |
, |
а в за |
медлителе - ? m QK -
Тепло, генерируемое в замедлителе, передается че рез толщу замедлителя, слой газа, находящийся в зазоре
5 |
65 |
|
между блоком замедлителя и трубой рабочего канала,стен ку трубы рабочего канала ■ далее путем теплоотдачи к теплоносителе. Максимальная температура замедлителя
|
будет на внешней, неохлахдае- |
|||||
|
мой поверхности втулочного бло |
|||||
|
ка |
|
замедлителя. |
|
||
|
|
|
Термическое сопротивление |
|||
|
блока замедлителя определяется |
|||||
|
выражением |
[ і] |
|
|||
|
р |
* |
/ |
|
г X-т ё-п |
|
|
|
--------- |
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
- XI 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис ,1 4 . Схема располо |
|
|
|
|
(76) |
|
жим* рабочего |
кана |
|
|
|
|
|
ла в кольцевом |
блоке |
|
Ji |
- |
коэффициент |
тепло |
І З Н Е 7 IS jy O a p a - * » |
||||||
бочего канала; |
3 - |
|
|
|
проводности |
замед |
зазор; 4-блок |
замед |
|
|
|
лите ля , ккал/м *ч * град . |
|
лителя |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
При косинусоидальном изменении потока нейтронов по высоте ядерного реактора максимальная температура
замедлителя в сечении ячейки с |
координатой з может |
|||
быть найдена из |
выражения |
|
|
|
г |
|
Sin(P^) |
7 Л |
P c |
|
1+ |
|||
= t.**■+ |
|
|
||
|
Г |
|
|
|
|
|
• W A J ) |
2 5Ч А |
у О |
с( |
Л |
|
|
(77) |
|
|
|
где соответствующие термические напряжения рассчитыва ются по формулам:
66
|
|
|
P |
■n |
X't |
|
|
* 7 = |
t-n — |
||
f i d $ d 6 |
|
2ПЛ |
|
||
2ГіЛт, |
|
||||
|
|
|
'Р |
|
|
В эхах формулах: |
|
|
|
||
<P. |
- |
коэффициент теплоотдачи от поверхности тру |
|||
|
|
би рабочего |
канала; |
|
|
Л TP |
- |
коэффициент |
теплопроводности материала |
||
|
трубы ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
- |
коэффициент |
теплопроводности газа, |
запол- |
|
0 |
|
вяянего зазор. |
|
|
Выражение (77) иѳлучоио тем хе методом, которые ис пользовался в § 3 при выводе формул для определения тем ператур ТВЭЛ.
Зависимость (77) может использоваться для расчета гомогенных ядерных реакторов с газовым охлаждением и активно! зоной "сотового" типа. В этом случае коэффи
циент |
в зависимости (77) принимается равным еди |
нице. |
|
§ 10. Определение критических тепловых нагрузок
Выше ухе отмечалось, чте в реакторах с водяным ох лаждением удельная тепловая нагрузка поверхности ТВЭЛ по условиям теплотехнической надежности не должна превыиать критической тепловей нагрузки. Критической теп ловой нагрузке! называется такая нагрузка, при котореМ происходит резкое ухудшение теплоотвода от поверхности ТВЭЛ к теплоносителю. Явление кризиса теплообмена шмет место как в каналах, охлаждаемых кипящей водей, таи и в парогенерирущих каналах.
Исследованием кризиса теплообмена н определение*
67
критических тепловых нагрузок занимались многие советокне и иностранные ученые. Несмотря на это к настояще му времени еще не создана стройная теория кризиса теп лообмена, что обменяется исключительной сложностью вы зывающих его процессов.
Наиболее полно изучен кризис теплообмена при кипе нии жидкости в больном объеме, и для его расчета имеют ся наиболее обоснованные расчетные зависимости [8 ] . Од нако использование этих зависимостей для расчета кризи са теплообмена в каналах реактора недопустимо. Более того, использование эмпирически зависимостей, получен иях при исследовании кризиса кипения в равномерно обо греваемых трубах, как правило, не обеспечивает необхо димой точности расчета кржзнса теплообмена в рабочих каналах реактора с их плотной упаковкой тепловыделяю щих элементов ж сложным законом изменения тепловой на грузки по высоте и радиусу канала.
Величина тепловой нагрузки, при которой начинается кризис теплообмена в каналах ядерного реактора, зависит от массовой скорости тендоиоеителя, массового паросодержакия, кедогрѳва до кипения, давления теплоносителя
игеометрии канала.
1.И . Клеили и І.І.Стригулии в результате анализа работ по критический нагрузкам следующим образом харак теризуют влияние указанных параметров на кризис тепло обмена [б] г
1 . При увеличении давления теплоносителя вшве
40 ата критический тепловой ноток уиепмается.
2 . При давлении от 40 до 100 ата критический тепло
вой поток уменьшается с возрастанием массовой скорости, а при давлении бельме 140 ата увеличивается.
3 . При возрастании массового наросодержаямя тепло-
68
нмсител* критическій теплозой поток обычно уменьшает ся.
4. В каналах в виде цилиндрической трубы при увели чении днаиетра от 2 до 16 ия критический тепловой пстск уменьшается.
5 . В каналах трубчатого типа длина нагреватэльього
участка |
Н |
на крнтнчѳсккй |
тепловой |
поток |
не влияет |
|||
- |
для |
недогретой |
вода - |
при |
ну у |
> 10 § |
|
|
- |
для |
пароводяной |
смеси - при |
ну |
> 100. |
|||
Наличие низкочастотных пульсаций скорости теплоно |
||||||||
сителя сникает критический тепловой поток по |
сравнении |
|||||||
с беспульсационным р ы т о м . |
|
|
|
|
Для расчета критической тепловой нагрузки при вы нужденном движении недогретой до температуре насыңения воды в цилиндрическая трубах и в нучках гл ад к и стержней при их продельном вмнванп может быть вспольговаяа формула Г.В.Алексеева, Б.А. Зенкевича, В.й,Субботина
и др. |
[2] |
|
к |
о,ь$ |
0,75-10; |
—к . (110-2Мл)[и |
ІО |
|
|
|
( 7 , 4 - M w f ,'**'r‘~*ixJJ J (78) |
где |
|
/ |
|
|
|
|
|
О |
é - В г (ѵ')-10е 2І90° - коэффициент поверхностного на тяжения вода, кг/м*
в , ‘ Ы > |
h 4 ’ 6 ? \ |
69