ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ АКТИВНОЙ ЗОНЫ
КОРПУСНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА АЭС, ОХЛАЖДАЕМОГО ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Основные характеристики реактора и исходные данные
1. Энергетические характеристики
| Тепловая мощность реактора Qт, МВт
| 2981
| Расход теплоносителя через активную зону Gт, кг/с
| 15940
| Температура теплоносителя на входе в активную зону
tвх, оС
| 289
| Температура теплоносителя на выходе из активной зоны
tвых, оС
| 321
| Давление теплоносителя Pт, МПа
| 15,98
| Коэффициент неравномерности энерговыделения по
высоте активной зоны kz
| 1,49
| Коэффициент неравномерности энерговыделения по
радиусу активной зоны kr
| 1,35
| 2. Размеры активной зоны реактора
| Радиус Rаз, м
| 1,56
| Высота Hаз, м
| 3,55
| Эффективная добавка δэфф, м
| 0,104
| 3. Характеристики тепловыделяющей сборки (ТВС)
| Форма кассеты
| Шестигранная
| Форма тепловыделяющего элемента (твэла)
| Стержневая
| Конструкционный материал кассеты и твэла
| Сплав на основе
циркония
| Число кассет в активной зоне, шт.
| 151
| Шаг расположения кассет hк, м
| 0,241
| Размер кассеты под ключ a, м
| 0,238
| Толщина стенки кассеты δст, м
| 0,0015
| Количество твэлов в кассете, шт.
| 317
| Размеры твэла, м
| 0,0091х0,00065
| Размеры центральной трубки (1 шт. в кассете), м
| 0,0103х0,00065
| Размеры каналов стержней регулирования (12 шт. в кассете) и канала датчика энерговыделения (1 шт. в
кассете), м
| 0,0126х0,00085
|
1. Определение характеристик реактора
1.1. Объем активной зоны реактора
1.2. Удельное объемное энерговыделение
1.3. Площадь сечения кассеты
1.4. Площадь сечения стенки кассеты
1.5. Площадь сечения всех твэлов в кассете
,
где - наружный диаметр оболочки твэла.
1.6. Площадь сечения центральной трубки кассеты
,
где - диаметр центральной трубки.
1.7. Площадь сечения канала датчика энерговыделения и всех каналов стержней регулирования в кассете
,
где - диаметр каналов.
1.8. Площадь сечения воды в кассете
1.9. Площадь сечения межкассетной воды в активной зоне
1.10. Скорость теплоносителя в активной зоне
,
где - средняя плотность теплоносителя (воды) в активной зоне, определяемая по давлению и средней температуре
.
1.11. Эффективная высота активной зоны
1.12. Эффективный радиус активной зоны
2. Распределение температуры теплоносителя по высоте самого энергонапряжённого канала
Расчет проводится для 5 значений высоты z. Если принять за начало отсчета центр активной зоны, где z = 0, то в остальных 4 точках (вход в активную зону), , , (выход из активной зоны).
Температура теплоносителя по высоте самого энергонапряженного канала
.
В этой формуле:
- средняя теплоемкость теплоносителя в активной зоне, определяемая по и ;
- расход теплоносителя через самый энергонапряженный канал (с учетом профилирования расхода по радиусу);
- линейный тепловой поток в центре самого энергонапряженного канала.
Следовательно,
Результаты расчета приведены на рис. 1. Расчетная температура теплоносителя в точке несколько отличается (в пределах 1%) от значения . Это объясняется тем, что усреднение теплоемкости по высоте активной зоны вносит некоторую погрешность в получаемые расчетные данные.
Рис. 1. Распределение температуры теплоносителя по высоте самого энергонапряжённого канала 3. Определение температуры наружной поверхности оболочки твэла
Для теплоносителя находим при давлении и средней температуре в активной зоне табличные значения теплопроводности , динамической вязкости и числа Прандтля . Тогда кинематическая вязкость
.
Эквивалентный диаметр твэла
.
.
Коэффициент теплоотдачи от оболочки твэла к теплоносителю
Температурный перепад между наружной поверхностью твэла и теплоносителем в центре самого энергонапряженного канала
.
Здесь:
– коэффициент, учитывающий то, что выделение теплоты происходит не только в твэле, но и вне твэлов;
– тепловой периметр твэла.
Температура наружной поверхности оболочки твэла по высоте
.
Результаты расчета величины приведены на рис. 2.
Найдем координату точки с максимальной температурой оболочки твэла :
,
где .
.
В этой точке
Рис. 2. Распределение температуры наружной поверхности оболочки твэла по высоте самого энергонапряжённого канала При расчете величины возможна погрешность в результатах, вызванная погрешностью в расчете величины в соответствующих точках (см. последний абзац в п. 2).
Таким образом, меньше максимально допустимой температуры для циркониевой оболочки, равной примерно 350С. 4. Определение температуры сердечника твэла
Температурный перепад в оболочке твэла в центре самого энергонапряженного канала
где – теплопроводность циркония, определяемая по рис. 3 при температуре ; при этом мы учитываем то, что толщина оболочки твэла весьма мала; и – внешний и внутренний диаметр оболочки твэла соответственно.
Температурный перепад в топливном сердечнике в центре самого энергонапряженного канала
где – теплопроводность двуокиси урана UO2, определяемая по рис. 4 методом последовательных приближений, т.к. нужная температура сердечника заранее неизвестна.
Обозначим
Тогда температура сердечника твэла по высоте
Здесь величину в точке z 0 нужно принять равной
по причине, изложенной в последнем абзаце п. 2.
Результаты расчета величины приведены на рис. 5.
Найдем координату точки с максимальной температурой топливного сердечника :
м.
Тогда
Рис. 5. Распределение температуры сердечника твэла по высоте самого энергонапряжённого канала |