Тепловой расчет реактора

МЭИ ТУ Кафедра парогенераторостроения Типовой расчт по курсу Генераторы тепловой энергии Тепловой расчт ВВЭР Студент Иванов А.А. Группа С-2-95 Преподаватель Двойнишников В.А. Москва 2000 год Аннотация. В данной работе решались следующие задачи расчт реактора при m 1 и qv 100 и определение его экономичности и наджности при учте наложенных ограничений 1.6 n 2.2, 2

Wт 10 мс, tоб 350 оС, tc 2300 оС. нахождение области допустимых значений относительной высоты активной зоны m и удельного энерговыделения qv m 0.8 1.6, qv 50 150 при учте наложенных ограничений 1.6 n 2.2, 2 Wт 10 мс, tоб 350 оС, tc 2300 оС. для выбранного варианта расчт температуры сердечника, оболочки и теплоносителя по высоте активной зоны. Содержание 1. Введение 2. Исходные данные 3. Тепловой расчт реактора при m 1 и qv 100

МВтм1. Определение размеров активной зоны реактора и скорости теплоносителя 2. Определение коэффициента запаса по критической тепловой нагрузке 3. Расчт максимальных температур оболочки ТВЭЛа и материала топливного сердечника 4. Определение области допустимых значений m и qv 5. Расчт распределения температуры теплоносителя, оболочки и топливного сердечника по высоте активной зоны

реактора 4. Выводы 1. Введение Назначение и виды тепловых расчтов реакторов. Тепловой расчет ядерного реактора является одной из необходимых составных частей процесса обоснования и разработки конструкции. Без него невозможны ни предварительные поисковые проработки, ни определение оптимальных проектных решений. Тепловые расчеты обычно выполняются одновременно с гидравлическим и нейтронно-физическим расчетами реактора. В зависимости от задач, решаемых на том или ином этапе проработки конструкции,

различают поисковые и поверочные расчеты Поисковые тепловые расчеты проводятся в период определения основных конструктивных решений. При их выполнении, как правило, известны тепловая мощность реактора, распределение плотности энерговыделения, вид теплоносителя и его параметры все эти данные получают в результате нейтронно-физического расчета, а также тип и конструкция ТВЭЛов и кассет, определяемых техническим заданием на основе накопленного опыта проектирования, изготовления

и эксплуатации. В результате определяются размеры активной зоны и других элементов реактора, находятся, а при необходимости уточняются параметры теплоносителя, определяются характерные температуры, выбираются конструкционные материалы и топливные композиции. По мере разработки конструкции тепловые расчеты выполняются снова, но более детально, с учетом выбранных конструктивных решений, как для номинального режима, так и для работы на частичных нагрузках. Также обсчитываются тепловые режимы работы оборудования при переходных

процессах при пуске, останове, изменении нагрузки, характерных как для штатных ситуаций, так и в аварийных случаях. Во всех этих случаях тепловой расчет носит характер поверочного, и его основной задачей является определение термодинамических характеристик теплоносителя и тепловых параметров характеризующих условия функционирования элементов ядерного реактора. Обеспечение надежной работы реактора в целом и его отдельных элементов, достижение высокой экономичности реакторной установки требует высокой точности определения

теплотехнических параметров, что ведет к существенному усложнению всех видов расчетов, в том числе и теплового. Необходимость же их автоматизации приводит к созданию сложных программных комплексов, объединяющих тепловые, Гидравлические, нейтронно-физические и прочностные расчеты. Настоящий метод ориентирован на использование несколько упрощенного теплового расчета, базирующегося на одномерном представлении протекания процессов тепло - и массообмена в одной ячейке активной зоны

реактора. 2. Исходные данные. Для выполнения теплового расчета водо-водяного энергетического реактора ВВЭР в соответствии с упрощенной методикой требуются исходные данные, условно подразделяемые на режимные и конструктивные, Данные режимного типа Тепловая мощность ВВЭР N 1664.87 МВт Конструктивные данные 1. Характеристики кассеты Число ТВЭЛов в кассете nТВЭЛ 331 Шаг рештки а 12.7510-3 м

Размер кассеты под ключ а 0.238 м Толщина оболочки кассеты д 1.510-3 м 2. Характеристика ТВЭЛа Радиус топливного сердечника r1 3.810-3 м Внутренний радиус оболочки r2 3.910-3 м Внешний радиус оболочки rq 4.5510-3 м 3. Размер ячейки а 0.242 м 4. Материал оболочки ТВЭЛов и кассет 99 циркония и 1 ниобия 5. Топливная композиция двуокись урана 3.Тепловой расчт реактора при qv 100

МВтм3 и m 1. Определение размеров активной зоны реактора и скорости теплоносителя. 1. Температура теплоносителя на выходе из реактора tвых 314 C Принимаем из расчта парогенератора 2. Температура теплоносителя на входе в реактор tвх 283 C Принимаем из расчта парогенератора 3. Перепад температур теплоносителя между входом и выходом Дtт tвых - tвх 314 283 31 С 4. Температура воды на линии насыщения

Запас до температуры кипения дt 30 C ts tвых дt 314 30 344 C 5. Давление в реакторе P 15.2 МПа 6. Расход воды теплоносителя на один реактор средняя температура воды в реакторе tср 298.5 C средняя тепломкость воды Cp 5.433 кДжкг Gт 9885.05 кгс Принимаем из расчта парогенератора. 7. Объм активной зоны реактора. Средняя плотность тепловыделения

АЗ реактора qv 100 МВтм3 VАЗ 16.648 м8. Диаметр активной зоны реактора Параметр m 1 DАЗ 2.767 м 9. Число кассет в активной зоне Площадь поперечного сечения ячейки Sяч 0.866a2 5.07210-2 м2 178.2 шт. т.к. дробное, то округляем его до ближайшего большего целого числа Nкас 179 шт. с последующим уточнением величин DАЗ 3.4 м m 10. Высота активной зоны реактора

HАЗ mDАЗ 0.9933.4 3.376 м 3.1.11. Тепловыделение в ТВЭЛах Доля теплоты выделяемая в ТВЭЛах к1 0.95 Qт к1N 0.953064 2910.8 МВт 3.1.12. Суммарная поверхность ТВЭЛ F 2рrqHАЗnТВЭЛNкас 2р4.5510-33.376331179 5719 м2 3.1.13. Расход теплоносителя через одну кассету Gтк 90.22 кгс 3.1.14. Скорость теплоносителя в активной зоне реактора сечение для прохода теплоносителя около одного

ТВЭЛа SвТВЭЛ 0.866a2- -рrq2 0.86612.7510-32 р4.5510-32 7.57410-5 м2 сечение для прохода теплоносителя в кассете Sвкас SвТВЭЛnТВЭЛ 7.57410-5331 2.50710-2 м2 плотность воды при средней температуре и давлении в реакторе св 713.2 кгм3 Wт 5.046 мс 3.2. Определение коэффициента запаса по критической тепловой нагрузке. 3.2.1. Коэффициенты неравномерности тепловыделения Эффективная добавка отражателя д0 0.1 м Эффективная высота активной зоны

Hэф HАЗ 2д0 3.376 20.1 3.576 м по оси реактора Kz 1.489 по радиусу активной зоны Kr 2.078 3.2.2. Коэффициент неравномерности тепловыделения в объме АЗ Kv KzKr 1.4892.078 3.094 3.2.3. Максимальная величина тепловой нагрузки на единицу поверхности ТВЭЛа Средняя тепловая нагрузка на единицу поверхности ТВЭЛа qF 0.509 МВтм2 qmax qFKv 0.5093.094 1.575 МВтм2 3.2.4.

Критический тепловой поток кризиса первого рода для трубы d 8 мм Теплота парообразования теплоносителя R 931.2 кДжкг Температура воды на линии насыщения ts 347.32 C Величина паросодержания теплоносителя в центральной точке реактора xкр -0.2782 qкр8 1.3473.5990.5549е0.4173 4.161 МВтм2 3.2.5. Критический тепловой поток кризиса первого рода для труб диаметром 2rq qкр2rq 3.901

МВтм2 3.2.6. Коэффициент запаса по критической нагрузке. nзап 2.477 3.3. Расчт максимальных температур оболочки ТВЭЛа и материала топливного сердечника. 3.3.1. Максимальное тепловыделение в центре реактора приходящееся на единицу высоты ТВЭЛа. ql,0 4.50310-2 МВтм 3.3.2. Коэффициент теплоотдачи от стенки к теплоносителю. Коэффициент теплопроводности теплоносителя л 548.310-3

ВтмК при температуре tcр Эквивалентный диаметр сечения для прохода воды dэкв 6.85110-3 м Кинематическая вязкость воды. Для е определения необходимо найти динамическую вязкость. м 8.93610-5 Пас. н 1.25310-7 м2с Критерий Рейнольдса Re 2.759105 Число Прандтля Pr 0.9217 б 3.685104 Втм2К 3.3.3. Перепад температуры между оболочкой ТВЭЛа и теплоносителем в центре реактора. Диа0 40.61

С 3.3.4. Координата в которой температура на наружной поверхности оболочки ТВЭЛа максимальна. Z 0.4287м 3.3.5. Максимальная температура наружной поверхности оболочки ТВЭЛа t 351.7 C 3.3.6. Температурный перепад в цилиндрической оболочке ТВЭЛа Коэффициент теплопроводности материала оболочки лоб 24.1 ВтмК Диоб0 43.55 С 3.3.7. Температурный перепад в зазоре

ТВЭЛа Коэффициент теплопроводности газа в зазоре лз 30 ВтмК Диз0 18.52 С 3.3.8. Температурный перепад в цилиндрическом сердечнике Коэффициент теплопроводности в цилиндрическом сердечнике лс 2.7 ВтмК Дис0 1261 С 3.3.9. Перепад температур между теплоносителем и топливным сердечником Дис Диа0 Диоб0 Диз0 Дис0 42.46 43.55 18.52 1261 1366

С 3.3.10. Максимальная температура топливного сердечника t 1674 C 3.4 Определение области допустимых значений m и qv Исходные данные для расчта по программе WWERTR 1. Тепловая мощность реактора МВт 2. Давление в реакторе МПа 3. Перепад температур воды C 4. Радиус топливного сердечника ТВЭЛа м 5. Внутренний радиус оболочки

ТВЭЛа м 6. Внешний радиус оболочки ТВЭЛа м 7. Шаг решетки м 8. Размер кассеты под ключ м 9. Размер ячейки м 10. Толщина оболочки кассеты м 11. Эффективная добавка отражателя м 12. Число ТВЭЛов в кассете шт 13. Температура воды на линии насыщения С 14. Теплота парообразования кДжкг 15. Теплоемкость воды кДжкгК 16. Теплопроводность воды

ВтмС 17. Кинематическая вязкость воды м2с 18. Число Прандтля 19. Плотность воды кгм3 20. Теплопроводность оболочки ТВЭЛа ВтмС 21. Теплопроводность газа в зазоре ТВЭЛа ВтмС 22. Теплопроводность двуокиси урана ВтмС 23. Удельное энерговыделение кВтл 24. Относительная высота активной зоны 25. Расч. скорость воды мс 26.

Расч. коэффициент запаса 27. Расч. координата точки с мак. темп. оболочки м 28. Расч. мак. температура оболочки ТВЭЛа С 29. Расч. мак. температура сердечника ТВЭЛа СN 1664.84 P 15.2 Дt 31 r1 3.810-3 r2 3.910-3 rq 4.5510-3 а 12.7510-3 а 0.238 а 0.242 д 1.510-3 д0 0.1 nТВЭЛ 331 ts 344 R 1020.9 Cp 5.433 л 556.65810-3 н 1.2110-7 Pr 0.905 св 724.4 лоб 23.9 лз 30.5 лс 2.7 qv 100 m 0.995

Wт 4.345 nзап 2.699 Z 0.333 t 343.957 t 1623.37 Результаты расчта по программе WWERTR. mDАЗWтnзапZt t -ммс-мССqv 50.0 кВтл1 2 3 4 50.800 1.004 1.203 1.409 1.6084.602 4.267 4.018 3.812 3.6472.754 3.204 3.614 4.015 4.3863.433 3.731 3.990 4.234 4.4510.546 0.699 0.850 1.007 1.160345.5 342.1 339.7 337.8 336.31016.8 1013.4 1010.5 1007.7 1005.2qv 75.0 кВтл1 2 3 4 50.802 1.006 1.201 1.405 1.6114.018 3.726 3.512 3.333 3.1843.614 4.202 4.730 5.253 5.7552.707 2.941 3.141 3.332 3.5100.413 0.530 0.645 0.766 0.889351.4 347.2 344.2 341.9 340.01343.5 1339.7 1336.2 1332.7 1329.3qv 100.0 кВтл1 2 3 4 50.804 1.001 1.209 1.405 1.6043.647 3.390 3.184 3.028 2.8974.386 5.076 5.755 6.362 6.9502.290 2.482 2.662 2.817 2.9620.339 0.433 0.533 0.630 0.729356.2 351.5 347.9 345.3 343.21662.9 1659.0 1654.7 1650.7 1646.7qv 125.0 кВтл1 2 3 4 50.801 1.005 1.213 1.411 1.6053.390 3.143 2.953 2.807 2.6895.076 5.905 6.692 7.405 8.0672.009 2.183 2.341 2.479 2.6020.289 0.372 0.459 0.543 0.627360.5 355.1 351.1 348.2 346.01976.9 1972.6 1967.8 1963.2 1958.7qv 150.0

кВтл1 2 3 4 50.806 1.010 1.206 1.412 1.6093.184 2.953 2.784 2.641 2.5285.755 6.692 7.529 8.365 9.1261.812 1.969 2.102 2.231 2.3450.256 0.330 0.402 0.479 0.555364.0 358.3 354.2 350.9 348.42286.2 2281.8 2276.9 2271.4 2266.1 m 0.8 m 1.0 m 1.2 m 1.4 m 1.6 Границы возможного диапазона значений qv для каждого параметра по графикам. m параметры0.81.01.21.41.6Wт nзап 108.1123.6139.9 t .8391.04116.4141.6 t Диапазон допустимых значений Прочерк в таблице означает, что максимальное или и минимальное значение величины находится за границами рассматриваемой области.

Знак означает, что ни одно значение не входит в накладываемые ограничения. Анализ таблицы показывает, что при заданных начальных условиях не существует значений m и qv, которые удовлетворяли бы наложенным ограничениям. 3.5. Расчт распределения температуры теплоносителя, оболочки и топливного сердечника по высоте активной зоны реактора. m 1.4, qv 125 кВтл. Координата, мТемпература теплоносителя, СТемпература сердечника,

СТемпература оболочки, С1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-1.981 -1.585 -1.188 -0.792 -0.396 0.000 0.396 0.792 1.188 1.585 1.981292.0 293.1 295.5 299.0 303.3 308.0 312.7 317.0 320.5 322.9 324.0416.8 898.6 1328.0 1666.8 1885.0 1963.2 1894.4 1684.9 1353.1 928.5 448.8294.8 306.6 318.5 329.5 338.5 344.9 348.0 347.5 343.6 336.4 326.8 4. Выводы по проведнной работе. При m 1 и qv 100 получено, что данный пример не удовлетворяет условию экономичности n 2.477 1.6 n 2.2 и незначительно условию наджности tоб 351.7 oC tоб 350 oC. При заданных начальных условиях характеристики теплоносителя и реактора, и поставленных ограничениях на скорость теплоносителя, коэффициент запаса, максимальную температуру оболочки и теплоносителя области

допустимых значений относительной высоты активной зоны m и удельного энерговыделения qv m 0.8 1.6, qv 50 150 не существует. Во всех случаях кроме последнего m 1.6 и qv 150, здесь n 2.2 не проходит по наджности. При расчте температур по высоте активной зоны получено для m 1.4 и qv 125 температура сердечника максимальна в середине высоты ТВЭЛа, температура оболочки максимальна на высоте z 0.5, а температура теплоносителя максимальна в верхней части ТВЭЛа. Максимальный градиент температуры теплоносителя в середине высоты

ТВЭЛа.