close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

kurs marshunin3

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"
Институт ядерной энергетики (филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г. Сосновый Бор
Кафедра "Проектирование и эксплуатация АЭС"
Курсовая работа
Дисциплина: "Ядерные энергетические реакторы"
Тема: Оценка теплотехнической надежности активной зоны ядерного реактора
Выполнил студент гр. 4297/1 Маршунин К.А.
Руководитель Абдуллаев А.М.
г. Сосновый Бор
2013г
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение.........................................................................................3
2. Геометрические характеристики кассеты и активной зоны.........................5
3.Распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны........6
4.Распределение температур по сечению ТВЭЛ......................................7
5.Коэффициенты запаса до кризиса теплообмена.....................................9
Заключение....................................................................................12
Список литературы.........................................................................13
Приложение 1.Расчетные формулы....................................................14
Приложение 2.Компоновка АЗ..........................................................21
Приложение 3.Чертёж ТВС. ..............................................................22
ВВЕДЕНИЕ
Теплотехническая надежность активной зоны - это сохранение работоспособности в течение кампании ядерного топлива при наличии предусмотренных проектом случайных отклонений конструкционных и эксплуатационных параметров от их номинальных значений. Работоспособность активной зоны практически обеспечивается надежностью твэлов - наиболее ответственных конструкционных узлов ЯР. В течении кампании работоспособность твэлов обеспечивается созданием таких условий, которые исключали бы эксплуатационные причины разгерметизации и повышение активности теплоносителя выше установленной нормы. Нельзя допускать перегрева твэлов из-за непредвиденного возрастания мощности ЯР, изменения распределения энерговыделения в активной зоне, ухудшения охлаждения твэлов, отклонения от норм химического состава теплоносителя.
Теплотехническая надежность существенно зависит от того, насколько при выборе и расчете основных параметров, определяющих работоспособность активной зоны, учтены их возможные случайные технологические и эксплуатационные отклонения от номинальных значений. Прежде всего это относится к мощности ТК, расходу теплоносителя через ТК, температуре и давлению в контуре, конструкционным характеристикам канала.
Теплотехнические исследования 70-х годов показали, что поперечные перетечки теплоносителя из одной ТВС в соседние в работающем на любом уровне мощности реакторе почти не снижают теплотехнической надежности ни ТВС, ни отдельных их твэлов. Поэтому, если снять кожуховые трубы со всех ТВС, теплотехническая надежность активной зоны сохранится на приемлемом уровне.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАССЕТЫ И АКТИВНОЙ ЗОНЫ
В качестве прототипа для расчета была выбрана реакторная установка(далее РУ)на основе ВВЭР-1200. Все расчеты теплотехнической надежности активной зоны (АЗ) реактора проводятся исходя из данных, полученных в задании, и найденных самостоятельно в различной литературе.
Все полученные данные сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Исходные параметры ВВЭР-1200
ПараметрЗначениеТепловая мощность W, МВТ3700Давление теплоносителя в первом контуре p1, МПа15,5Температура на входе в АЗ tвх, ℃289Температура на выходе в АЗ tвых, ℃324Коэффициент неравномерности энерговыделения по радиусу1,5ТВЭЛСтержневыеКонструкционный материалцирконийТопливоUO2Высота активной зоны H0, м3,73Толщина чехла ТВС δ_твс, мм0Наружный диаметр твэла dтвэл, мм9,1Толщина оболочки твэла〖 δ〗_твэл, мм0,685Диаметр топливной таблетки dт, мм7,6Число твэлов в одной ТВС nтвэл312Диаметр центральной трубки dцт, мм9,1Тип решетки твэлов в ТВСТреугольнаяШаг решетки ТВСa, мм235Эффективная добавка δ_0, м0,1Удельное объемное энерговыделение P, МВт/м3110
Активная зона ВВЭР-1200 имеет структуру треугольной решетки.
Структура треугольной решётки является наиболее плотной из объёмных структур цилиндрических твэлов, позволяющей разместить в заданном объёме наибольшее количество твэлов, а, значит, при заданном количестве топливной композиции в активной зоне реактора - создать наибольшую поверхность теплоотдачи от твэлов, а при заданной номинальной мощности энергетического реактора - уместить активную зону в меньших габаритах.
Определим геометрические характеристики активной зоны и тепловыделяющих сборок. Для этого необходимо рассчитать объём активной зоны (на основе тепловой мощности), диаметр. Далее определяем количество ячеек, соответствующее данной мощности. Результаты расчета приведены в таблице 2.
Таблица 2.Геометрические характеристики активной зоны.
ПараметрЗначениеЧисло ячеек в активной зоне, nяч187Диаметр активной зоны, Dэкв,м3,4Проходное сечение одной ячейки, Sяч, м0,027Гидравлический периметр ячейки, Пг, м9,76Гидравлический диаметр ячейки, dг, м0,0196Тепловой периметр ячейки, Птепл, м8,92Тепловой диаметр ячейки,dтепл, м0,021Высота активной зоны с учетом добавки, H, м3,93Внутренний диаметр оболочки, d1, мм7,8Толщина газового зазора,δ_гз, мм0,1
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПО ВЫСОТЕ АКТИВНОЙ ЗОНЫ
Распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны определяется по формуле:
T_т (z)=T_вх+(∆T_аз)/2 [1+sin⁡((πzH_0)/H)/sin⁡((πH_0)/2H) ], где Температурный перепад в АЗ определяется по формуле:
∆T_аз=T_вых-T_вх=324-289=35 (℃)
Расчетные значения приведены в таблице 3.
Рисунок 1. Распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны.
Температура теплоносителя монотонно возрастает от входа к выходу, а так же заметно, что приращение температуры слабее на краях - это объясняется малым энерговыделением вблизи торцов реактора.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПО СЕЧЕНИЮ ТВЭЛ
Результаты расчета приведены в таблице 4, распределение температур по сечению твэл показано на рисунке 2.
Температура в центре твэла определяется по формуле:
T_с (z)=T_т (z)+∆T_α (z)+∆T_об (z)+∆T_гз (z)+∆T_с (z)
Распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны:
T_т (z)=T_вх+(∆T_аз)/2 [1+sin⁡((πzH_0)/H)/sin⁡((πH_0)/2H) ],
Температурный перепад на пограничном слое между оболочкой твэла и теплоносителем:
Температурный перепад в оболочке:
∆T_об (z)=(ӕq_l^max⁡ (r_2-r_1 ))/(π(r_2+r_1 ) λ_об ) cos⁡(πz/H),
Температурный перепад в зазоре между оболочкой твэл и топливом:
∆T_гз (z)=(ӕq_l^max⁡ (r_1-r_0 ))/(π(r_1+r_0 ) λ_гз ) cos⁡〖(πz/H), 〗
Температурный перепад в топливе:
∆T_с (z)=(ӕq_l^max⁡ )/(4πλ_с ) cos⁡(πz/H),
Таблица 4. Теплоперепад по сечению ТВЭЛ.
Z/HTт(z)∆Tα(z)∆Tоб(z)∆Tгз(z)∆Tс(z)Tс(z)-0,4289,80197,6756429,58330993,53839120,5432519,8241-0,25294,087417,5363721,89477213,705275,4023819,6140306,524,790330,95156302,1043389,32271049,4110,25318,912617,5363721,89477213,705275,4023844,43910,4323,19817,6756429,58330993,53839120,5432553,2203
Таблица 5. Распределение температур по сечению ТВЭЛ.
03,83,94,55-0,4521,1425400,5993307,0609297,4776-0,25822,6259547,2236333,5186311,623801053,669664,3462362,2419331,29030,25847,4511572,0488358,3437336,44890,4554,5386433,9954340,457330,8737
Рисунок 2. Распределение температур по сечению твэл
По графику видно, что наибольшие перепад температур наблюдаются в газовом зазоре из-за низкой теплопроводности газа.
КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ДО КРИЗИСА ТЕПЛООБМЕНА
Коэффициент запаса определяется отношением критического теплового
потока к текущему тепловому потоку.
Тепловой поток, при котором происходит переход от пузырькового режима к пленочному называют критическим.
Из-за сравнительно низкой теплопроводности пленки резко уменьшается коэффициент теплоотдачи, что приводит к перегреву теплоотдающей поверхности и, как следствие, нарушение целостности оболочки и герметичности твэла.
Чтобы не допустить пленочного кипения, необходимо так организовать теплосъем, чтобы в самом напряженном твэле существовал запас по критической тепловой нагрузке выше единицы.
Коэффициенты запаса определяются по формуле:
K_зап=(q_кр (z))/(q_s (z) )
Рисунок 3. Распределение коэффициента запаса до кризиса теплообмена по высоте а.з.
По графику видно, что коэффициент запаса до кризиса теплообмена больше минимального предела nz =2,06. Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплообмена превышает предел во всех точках активной зоны с учетом погрешности расчетной формулы, следовательно осуществляется бескризисное охлаждение твэл. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведённого расчета мы определили: геометрические характеристики кассеты и активной зоны; распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны; распределение температур по сечению твел. Коэффициент запаса до кризиса теплообмена для канала получился больше 1. Это позволяет нам говорить о том, что активная зона реактора теплотехнически надёжна. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Денисов В.П., Драгунов Ю.Г. Реакторные установки ВВЭР для атомных электростанций. -2002г.
2. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы.-1990г.
3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара.- 1975г.
4. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара.- 1999г.
5. Кириллов П.Л., Ю.С.Юрьев, В.П.Бобков Справочник по теплогидравлическим расчетам, 1990г.
Приложение 1 Лист 1 РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ.
1. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАССЕТЫ И АКТИВНОЙ ЗОНЫ.
Для определения геометрических характеристик активной зоны и ТВС выберем прототип реакторной установки ВВЭР-1200. На основании его параметров вычислим:
Объем активной зоны:
м3 где:Qтеп = 3700 МВт  тепловая мощность реактора;
qV = 110 МВт/м3  удельное объемное энерговыделение.
Число ячеек в активной зоне:
n_яч=W/(P*H_0*S_ш ) , где
S_ш-площадь шестигранной ячейки,м;
S_ш=√3/2 a^2=√3/2*〖0,235〗^2=0,0478 (м)
n_яч=3700/(110*3,73*0,0478)≈187
Диаметр активной зоны:
D_экв=√((4*n*S_ш)/π)=√((4*187*0,0478)/3,14)=3,4 (м)
Приложение 1
Лист 2
Проходное сечение одной ячейки:
S_яч=S_ш-√3/2 (d_твс^2-(d_твс-2δ_твс )^2 )-π/4 (n_твэл*d_твэл^2+d_цт^2 )=
=0,0478-√3/2 (〖0,235〗^2-(0,235-2*0)^2 )-π/4 (312*〖0,0091〗^2+〖0,0091〗^2 )^ =0,0274(м)
Гидравлический периметр ячейки:
П_г=π(d_цт+n*d_твэл )+2√3 (d_твс-2δ_твс )
=3,14(0,0091+312*0,0091)+2√3*0,235=9,76(м)
Гидравлический диаметр ячейки:
d_г=(4S_ш)/П_г =(4*0,0478)/9,76=0,0196 (м)
Тепловой периметр:
П_тепл=πnd_твэл=3,14*312*0,0091=8,92 (м)
Тепловой диаметр ячейки:
d_тепл=(4S_ш)/П_тепл =(4*0,0478)/8,92=0,0214 (м)
Высота активной зоны с учетом экстраполированной добавки:
H=H_0+2δ_0=3,73+0,2=3,93 (м)
Внутренний диаметр оболочки:
d_1=d_твэл-2δ_твэл=9,1-2*0,65=7,8(мм)
Толщина газового зазора:
δ_гз=((d_1-d_т ))/2=((7,8-7,6))/2=0,1 (мм) Приложение 1
Лист 3
2.РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПО ВЫСОТЕ КАНАЛА.
Коэффициент неравномерности по высоте ТВС:
2.2 Объемный коэффициент неравномерности:
Удельный тепловой поток- это поток тепла в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, длины или объёма твэла; характеризует тепловую нагрузку поверхности нагрева.
Удельный тепловой поток на единицу длины оболочки твэл:
;
Удельный тепловой поток на единицу площади твэл:
Удельный тепловой поток на единицу объема твэл:
;
Удельный тепловой поток на единицу длины оболочки твэл для кассеты со средней тепловой нагрузкой:
Приложение 1
Лист 4
Удельный тепловой поток на единицу площади твэл для кассеты со средней тепловой нагрузкой:
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПО СЕЧЕНИЮ ТВЭЛ.
Коэффициент теплоотдачи:
α=A*λ/d_г *Re^0,8*Pr┴0,4⁡ ,где λ=0,579(Вт/(м^2*К))-коэффициент теплопроводности.
A=[0,0165+0,02[1-0,91(d_г/a)^2 ] (a/d_г )^0,15 ]=[0,0165+0,02[1-0,91((0,0196 )/0,235)^2 ] (0,235/(0,0196 ))^0,15 ]=0,0453
Re=w*d_г/v_ср , где
w=G/(S_яч*n_твс*p_ср )=(0,18445*〖10〗^5)/(0,0274*187*709,2)=5,02(м/c)-скорость теплоносителя
G=W/(h_вых-h_вх )=(3700*〖10〗^6)/(1480*〖10〗^3-1279,4*〖10〗^3 )=18445(кг/c)-расход
p_ср=709,2 (кг/м^3 )-средняя плотность теплоносителя
v_ср=1,211*〖10〗^(-7)-кинематическая вязкость Re=5,02*(0,0196 )/(1,211*〖10〗^(-7) )=812485,55>〖10〗^4→турбулентный режим.
Приложение 1
Лист 5
Pr=0,921-критерий Прандтля
α=0,0453*0,579/0,0196*〖812485,55〗^0,8*〖0,921〗^0,4=32,997*〖10〗^3 (Вт/(м^2*К))
Температурный перепад между наружной оболочкой твэла и теплоносителем:
∆T_α (z)=(ӕq_l^max⁡ )/(πd_твэл α) cos⁡(πz/H)
Где ӕ = 0.93 -коэффициент, учитывающий энерговыделение в твэл
Температурный перепад в оболочке:
∆T_об (z)=(ӕq_l^max⁡ (r_2-r_1 ))/(π(r_2+r_1 ) λ_об ) cos⁡(πz/H),где λ_об=18,5 (Вт/(м*К))
Температурный перепад в зазоре между оболочкой твэл и топливом:
∆T_гз (z)=(ӕq_l^max⁡ (r_1-r_0 ))/(π(r_1+r_0 ) λ_гз ) cos⁡〖(πz/H),где λ_гз=0,32 (Вт/(м*К))〗
Температурный перепад в топливе:
∆T_с (z)=(ӕq_l^max⁡ )/(4πλ_с ) cos⁡(πz/H),где λ_с=4,78 (Вт/(м*К))
Температура в центре твэла определяется по формуле:
T_с (z)=T_т (z)+∆T_α (z)+∆T_об (z)+∆T_гз (z)+∆T_с (z)
4. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ДО КРИЗИСА ТЕПЛООБМЕНА.
K_зап=(q_кр (z))/(q_s (z) )
q_кр=[1-((h(z)-h^')/(h^''-h^' ) (((pw)^2 d_тепл)/(p^' σ))^0,2)/3,5]^0,33/320(1+H_0/3,54) p^' r[gd_тепл (g λ^'/(C_p p^' ))^0,33 ]^0,33 Re^0,2 Р〖r'〗^0,3
Параметры воды в состоянии насыщения при данном давлении для
нахождения критического теплового потока:
Приложение 1
Лист 5
h^'=1631,8 (кДж/кг)-удельная энтальпия кипящей воды
h^''=2597,5 (кДж/кг)-удельная энтальпия сухого насыщенного пара
r=965,7 (кДж/кг)-удельная теплота испарения
p^'=708,2 (кг/м^3 )-плотность в состоянии насыщения
C_p=5,904 (кДж/(кг*К))-истинная изобарная теплоёмкость
λ^'=471 (мВт/(м*К))-теплопроводность кипящей воды
Pr^'=0,87-коэффициент Прандтля σ=7,71*10-3 -коэффициент поверхностного натяжения
pw=G/(S_ш n_твэл )=18445/(0,0478*312)=1236,79 (кг/(м^2*с))-массовая скорость
h(z)=h_вх+1/G^' ∫_(-H/2)^z▒〖q_l^max⁡ cos⁡(ӕ*z)dz〗
-изменение энтальпии по высоте активной зоны .
Расход теплоносителя через один твэл:
G^'=W/(C_p n_твэл n_твс ∆T)=(3700*〖10〗^6)/(5,904*〖10〗^3*312*187*(324-289))=0,304 (кг/с)
Удельный тепловой поток:
q_s (z)=(q_l (z))/(π*d_твэл )
Удельное энерговыделениев расчете на единицу длины твэл:
q_l (z)=q_l^max⁡ cos⁡(πz/H) (Вт/м)
Приложение 1
Лист 6
q_кр (z)=(█([email protected]@[email protected]@[email protected]@[email protected]@[email protected]@1767177))q_s (z)=(█(703,[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected]))K_зап=(█(2659,[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],[email protected],9))
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
36
Размер файла
84 Кб
Теги
kurs, marshunin
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа