Тепловой и гидравлический расчёт ядерного реактора

1. Тепловой и гидравлический расчёт расчёт ядерного реактора

В стационарном случае
Известны:
Ртн
Tвых
• Tвх – температура теплоносителя на
входе в реактор.
Внешний контур
• W – тепловая мощность реактора, МВт
• G - массовый расход теплоносителя
через реактор, кг/сек
W
• Ртн – давление теплоносителя
Кроме этого, известны:
• конструкция активной зоны,
• направление движения теплоносителя,
• фазовое состояние теплоносителя перед а.з.,
• и т.п.
G
Tвх
Ртн

2.

1. Как течет теплоноситель? По отдельным каналам и нет?
2. Делим тракт движения теплоносителя на участки
3. Зная W и конструкцию (размеры), определяем энергонапряженность
топлива qv и тепловой поток через поверхность твэла qs
4. Зная Р и Ттн определяем фазовое состояние теплоносителя
5. Определяем коэффициент теплоотдачи
,
Nu / dã
Nu 0.0023 Re0.8 Pr 0.4 C f
6. Определяем коэффициент местного сопротивления и потери давления Р
2
l w
P
dã 2

3.

7. Зная qs , Ттн и определяем температуру внешней поверхности
оболочки твэла
s
s
òí
q
t t
8. Зная qv определяем температуры в таблетке и оболочке
2
q v r02 r
T(r)= T0+
1-
4 r0
а также в замедлителе и других конструкционных материалах

4.

5.

9. Определяем подогрев теплоносителя на участке l
âûõ
1
âõ Qi
G i
10. По энтальпии вых и давлению Рвых на выходе с участка
определяем Твых
Расчёт закончен
?

6.

НЕТ !
Возврат на расчёт реактора
с новыми значениями температур
топлива и замедлителя
и плотностей теплоносителя

7.

1) Ââî ä è ñõî äí û õ äàí í û õ
è í à÷àëüí û õ çí à÷åí è é
T(r,z), (r,z) è ï ð.
2) Ðàñ÷åò í åé òðî í í û õ
ì àêðî êî í ñòàí ò â çî í àõ
ðåàêòî ðà â çàâè ñè ì î ñòè
î ò è ì åþ ù è õñÿ çí à÷åí è é
Ò, è ï ð.
À) Áè á ëè î òåêà (í àá î ð) í åé òðî í í û õ ì àêðî êî í ñòàí ò äëÿ ðàçí û õ
òè ï î â ÿ÷ååê ðàñ÷è òàí í û õ ï ðè
ðàçëè ÷í û õ çí à÷åí è ÿõ Ò, è ï ð.
( r, z )
Ò(r,z)
(r,z)
......
3) Í åé òðî í í î -ô è çè ÷åñêè é ðàñ÷åò ðåàêòî ðà
Q v(r,z)
4) Òåï ëî ãè äðàâëè ÷åñêè é
ðàñ÷åò ðåàêòî ðà.
Á) Áè á ëè î òåêà òåï ëî ãè äðàâëè ÷åñêè õ êî í ñòàí ò äëÿ ðàçí û õ
òè ï î â ÿ÷ååê è ì àòåðè àëî â.

8.

Что такое средняя
температура топлива ?

9.

Распределение температуры по радиусу твэла
2
r
qv r0
T(r)=T 0+
1-
4 λ r0
2
Обычно принимают
T (r ) dV
T
dV

10.

Трёхзонная ячейка

11.

1) Во всех зонах топлива одинакова и равна средней.
2) Во всех зонах топлива одинакова и на 100К больше средней.
3) Параболическое распределение температуры такое, что на поверхности
твэла (топливной зоны) температура 300К, а среднеобьемная
равна средней для серии (1000К, 1500К или 2000К).
4) Параболическое распределение температуры такое, что на поверхности
твэла (топливной зоны) температура 400К, а среднеобьемная
больше средней для серии на 100К.
Это эквивалентно эквидистантному подъему профиля температур
во всех зонах на 100К.
5) Параболическое распределение температуры такое, что на поверхности
твэла (топливной зоны) температура 300К, а среднеобьемная
больше средней для серии на 100К. (1100К, 1600К или 2100К).
Более крутая парабола.

12.

Number
of run
Name of
run
Fuel-element-average
temperature, K
K
, 1/K
1
1000-
1000
1.125537
2
1100-
1100
1.123314
3
1000`
1000
1.127345
4
1100II
1100
1.125085
-1.782e-5
5
1100~
1100
1.125379
-1.550e-5
1
1500-
1500
1.115616
2
1600-
1600
1.113854
3
1500~
1500
1.119323
4
1600II
1600
1.117851
-1.176e-5
5
1600~
1600
1.118378
-0.755e-5
1
2000-
2000
1.107417
2
2100-
2100
1.105931
3
2000~
2000
1.115585
4
2100II
2100
1.114404
-0.950e-5
5
2100~
2100
1.114978
-0.488e-5
-1.758e-5
-1.418e-5
-1.213e-5

13.

Ê Ýôô
1.140
1.130
50 - 80 Ê
Ï àðàáî ëè÷åñêèé ï ðî ô èëü
1.120
400 - 500 Ê
Ðî âí û é ï ðî ô èëü
1.110
1.100
0
500
1000
1500
2000
Ñðåäí åî áúåì í àÿ ò åì ï åðàò óðà, Ê
Ðèñ. 1
2500

14.

Týô ô =
T(r) (r)dV
(r)dV
в качестве весовой функции
r)
использовать выражение
r) Ò(r)
.

15.

Рассмотрим приведенную выше весовую функцию
(r)= 238
a (r,E) (r,E)dE
.
Eã ð
В этой формуле непосредственно от температуры зависит а238, поэтому более правильной будет следующ
запись:
238
(r,T(r))= a
(E,T(r)) (r,E)dE
Eã ð
Известно, что сечение поглощения в окрестности выделенного резонанса
описывается формулой [5]:
(E,T)= 0
- сечение в пике резонанса E , для Т=0,
( , x ) ,где:
и - радиационная и полная полуширины,
соответственно,
x
2
exp[ 2 (x y ) 2 / 4 ]
dy
1 y 2
4 k E T
A
0
x=2 (E-E0)/
1/2
отношение полной полуширины резонанса к Доплеровской ширине.

16.

2500
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà, Ê
200-250Ê
2000
Ñòåðæí è èçâëåêàþ òñÿ çà:
1500
- 0.1 ñåê
- 1 ñåê
- 5 ñåê
1000
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà â
í åéò ðî í í î -ô èçè÷åñêî ì ðàñ÷åò å
- ýô ô åêòèâí àÿ (óñðåäí åí í àÿ ñ âåñî âî é ô óí êöèåé)
- ñðåäí åî áúåì í àÿ (óñðåäí åí í àÿ áåç âåñî âî é ô óí êöèè)
500
0
0
10
20
30
Âðåì ÿ, ñåê
Ðèñ. 5.1. È çì åí åí èå â àâàðèéí î ì ï ðî öåññå ì àêñèì àëüí î é òåì ï åðàòóðû
òî ï ëèâà â öåí òðå òâýëà í àõî äÿù åãî ñÿ í à î ñè àêòèâí î é çî í û â
î áëàñòè ì àêñèì àëüí î ãî ýí åðãî âûäåëåí èÿ ï ðè ðàçëè÷í û õ ñêî ðî ñòÿõ
ââî äà ï î ëî æèòåëüí î é ðåàêòèâí î ñòè è ï ðè ðàçí û õ ñï î ñî áàõ
ï î ëó÷åí èÿ í åéòðî í í î -ô èçè÷åñêî é òåì ï åðàòóðû òî ï ëèâà.

17.

10000
Í åéò ðî í í àÿ ì î ù í î ñò ü ðåàêò î ðà, Ì âò .
(ëî ãàðèô ì è÷åñêàÿ ø êàëà).
9
8
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà
í åéò ðî í í î -ô èçè÷åñêî ì ðàñ÷åò å
â
7
- ýô ô åêòèâí àÿ (óñðåäí åí í àÿ ñ âåñî âî é ô óí êöèåé)
6
- ñðåäí åî áúåì í àÿ (óñðåäí åí í àÿ áåç âåñî âî é ô óí êöèè)
5
150-200 Ì Âò
4
3
Ñò åðæí è èçâëåêàþ ò ñÿ çà:
- 5 ñåê
- 0.1 ñåê
2
1000
0
10
20
30
Âðåì ÿ, ñåê
Ðèñ. 5.2. È çì åí åí èå â àâàðèéí î ì ï ðî öåññå í åéòðî í í î é ì î ù í î ñòè
ðåàêòî ðà ï ðè ðàçëè÷í û õ ñêî ðî ñòÿõ ââî äà ï î ëî æèòåëüí î é
ðåàêòèâí î ñòè è ï ðè ðàçí û õ ñï î ñî áàõ ï î ëó÷åí èÿ í åéòðî í í î ô èçè÷åñêî é òåì ï åðàòóðû òî ï ëèâà.

18.

2
Âû õî ä ÐÁÃ èç ò àáëåò êè ï î ä
î áî ëî ÷êó ò âýëà, î ò í .åä.
(ëî ãàðèô ì è÷åñêàÿ ø êàëà).
20-30%
10
9
8
7
6
Ñò åðæí è èçâëåêàþ ò ñÿ
çà:
- 5 ñåê
- 0.1 ñåê
5
4
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà â
í åéò ðî í í î -ô èçè÷åñêî ì ðàñ÷åò å
3
- ýô ô åêòèâí àÿ (óñðåäí åí í àÿ ñ âåñî âî é ô óí êöèåé)
- ñðåäí åî áúåì í àÿ (óñðåäí åí í àÿ áåç âåñî âî é ô óí êöèè)
2
1
0
10
20
30
Âðåì ÿ, ñåê
Ðèñ. 5.3. È çì åí åí èå â àâàðèéí î ì ï ðî öåññå âû õî äà ðàäèî àêòèâí û õ
áëàãî ðî äí û õ ãàçî â (ÐÁÃ) èç òàáëåòêè ï î ä î áî ëî ÷êó òâýëà ï ðè
ðàçëè÷í û õ ñêî ðî ñòÿõ ââî äà ï î ëî æèòåëüí î é ðåàêòèâí î ñòè è
ï ðè ðàçí û õ ñï î ñî áàõ ï î ëó÷åí èÿ í åéòðî í í î -ô èçè÷åñêî é òåì ï åðàòóðû òî ï ëèâà.

19.

4000
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà, Ê
Ï ðî öåññ ï ëàâëåí èÿ òî ï ëèâà
3000
Ñòåðæí è èçâëåêàþ òñÿ çà:
- 0.1 ñåê
2000
- 5 ñåê
Òåì ï åðàò óðà ò î ï ëèâà â
í åéò ðî í í î -ô èçè÷åñêî ì ðàñ÷åò å
1000
- ýô ô åêòèâí àÿ (óñðåäí åí í àÿ ñ âåñî âî é ô óí êöèåé)
- ñðåäí åî áúåì í àÿ (óñðåäí åí í àÿ áåç âåñî âî é ô óí êöèè)
0
0
10
20
30
Âðåì ÿ, ñåê
Ðèñ.
5.4. È çì åí åí èå â àâàðèéí î ì
ï ðî öåññå ì àêñèì àëüí î é
òåì ï åðàòóðû òî ï ëèâà â öåí òðå òâýëà í àõî äÿù åãî ñÿ í à î ñè
àêòèâí î é çî í û â î áëàñòè ì àêñèì àëüí î ãî ýí åðãî âû äåëåí èÿ
ï ðè ðàçëè÷í û õ ñêî ðî ñòÿõ ââî äà ï î ëî æèòåëüí î é ðåàêòèâí î ñòè
è ï ðè ðàçí û õ ñï î ñî áàõ ï î ëó÷åí èÿ í åéòðî í í î -ô èçè÷åñêî é
òåì ï åðàòóðû òî ï ëèâà.

20.

450
400
350
300
250
200
150
100
50
-150
-100
-50
0
50
100
150
Ðèñ. 5.5. Òåì ï åðàòóðí î å ñî ñòî ÿí èå àêòèâí î é çî í û ê 24
ñåêóí äå àâàðèéí î ãî ï ðî öåññà. Áåëî å ï ÿòí î â
í èæí åé ï î ëî âèí å àêòèâí î é çî í û óêàçûâàåò
î áëàñòü ãäå â òâýëàõ äî ñòèãí óòà òåì ï åðàòóðà
ï ëàâëåí èÿ U O2.