Исходные данные к расчету урано-водных решеток

где -коэффициент неравномерности по высоте.

определяется соотношением, учитывающим симметричное распределение плотности нейтронного потока с началом координат на одном из торцов активной зоны:

где - экстраполированная высота.

В реакторе используется железо – водный отражатель, в котором железа 50 % от общего объёма отражателя.

Тогда возраст нейтронов найдётся по формуле, приведенной в [6]:

- квадрат длины диффузии;

где из лабораторной работы №2 по дисциплине «Физика ядерного реактора».

Найдем максимальный поверхностный тепловой поток:

Сравним полученное значение со значением,приведенным в [3]:

Видно, что полученное значение не превышает допустимого.

Из последних расчетов нейтронно - физических характеристик реактора ВВЭР – 1000 максимальное значение принимается равным1,49 в течение одной кампании. При этом за счет органов СУЗ, расположения твэгов. Следовательно, Таким образом

4. Максимальная температура стенки твэла:

,

где полный подогрев теплоносителя в канале;

температурный напор ²стенка-жидкость², который определяется формулой

где коэффициент теплоотдачи пучка стержней, принимаемый постоянным по высоте канала.

5. Коэффициент теплоотдачи в пучках стержней по высоте канала найдем по зависимости: для раздвинутых пучков стержней при и

,

где для квадратной решётки, а ;

Проходное сечение приходящееся на один ТВЭЛ равно объему воды на 1 см активной зоны в эквивалентной ячейки (S_тн). По параметрам теплоносителя определяем его теплофизические свойства, используя для этого программу “WaterSteamPro”.

6. Из уравнения теплового баланса найдем расход теплоносителя на один ТВЭЛ для случая бесконечной ТВС:

,

где исходное сечение активной зоны, приходящееся на один ТВЭЛ.

Тогда скорость будет равна:

Для оценки характерной области течения теплоносителя, определения критерия Re необходимо рассчитать среднюю скорость жидкости и определяющий размер, обычно гидравлический диаметр .

Для бесконечной квадратной решетки:

- данные излабораторной работе №2 по дисциплине «Физика ядерного реактора».

Определим гидравлический диаметр:

Число Рейнольдса:

Число Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

Максимальный температурный напор ²стенка-жидкость² определяется формулой

Максимальная температура стенки твэла:

Согласно [3], температура наружной поверхности трубки твэл около Видно, что полученное значение не превышает его.

7. Максимальное значение температуры топлива определяется выражением

.

8. Максимальный перепад на тонкой оболочке ТВЭЛ можно представить в виде:

,

где – множитель, корректирующий значение потока на средний диаметр оболочки;

толщина и коэффициент теплопроводности оболочки.

Процесс расчета максимального перепада температуры на оболочке твэла итерационный. В первом приближении примем максимальную температуру на внутренней стенке оболочки Тогда средняя температура оболочки По этой температуре находим из [5, с.158, табл.6.6]

Видим, что рассчитанное значение отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет.

Максимальный перепад температуры на оболочке твэла примем равным

9. Процесс расчета максимального перепада температуры в газовом зазоре также итерационный.

В первом приближении примем максимальную температуру сердечника

Тогда средняя температура газового зазора По этой температуре при давлении 2 МПа находим из [5, с.70, табл.3.2]

,

где диаметр топливной таблетки;

λ_заз– коэффициент теплопроводности газа (гелия), определяется в зависимости от ;

мм [3, с. 165].

Внутренний диаметр:

Диаметр топливной таблетки:

Найдем максимальную температуру наружной поверхности топливного сердечника().

Видим, что рассчитанное значение значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет.

Примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет.

Максимальный перепад температуры в газовом зазоре примем равным

Зная эти два максимальных перепада температуры, найдем максимальную внутреннюю температуру стенки твэла() и максимальную температуру наружной поверхности топливного сердечника ().

10. Максимальный радиальный перепад на сердечнике ТВЭЛа при постоянной теплопроводности и распределение тепловыделения по радиусу цилиндрического ТВЭЛа в виде модифицированной функции Бесселя:

В этом случае максимальный перепад для топлива будет определяться как:

.

Если пренебречь зависимостью профиля распределения плотности потока тепловых нейтронов, значение которого в поверхностных слоях топлива более высокое, и взять среднее значение энерговыделения, то получим:

где - средняя теплопроводность горючего при .

Величина для ВВЭР-1000 составляет Полученное значение не превышает нормативного.

Процесс расчета максимальной температуры топливного сердечника итерационный. В первом приближении примем максимальную температуру топливного сердечника Тогда средняя температура сердечника

Коэффициент теплопроводности для этой температуры найдем по данным, приведенным в [5, с.31]:

Видим, что рассчитанное значение значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет.

Эффективная температура горючего:

Примем и повторим расчет.

Максимальную температуру горючего примем равной

Эффективная температура горючего:

Определим погрешность:

Определим распределение температуры на 0,3r и 0,7r.По [4, стр.210] распределение температуры определяется по формуле:

где

- средняя теплопроводность горючего;

- радиус таблетки горючего.

Тогда

Выполним проверку: должно равняться полученному ранее.

Рис.1. Распределение температуры по радиусу стержневоготвэла (газовый зазор не показан)

Вывод:

В работе проведен расчет эффективной температуры топлива в стержневомтвэле реактора. Параметры теплоносителя подбирались по заданному давлению, поэтому они соответствуют параметрам теплоносителя ВВЭР – 440. По этой причине ВВЭР – 440 был выбран в качестве реактора-прототипа. Была скомпонована активная зона с высокой тепловой мощностью и низкой энергонапряженностью.

Рассчитанная максимальная температура горючего не превышает температуры плавления металлического урана, примерно равной а эффективная температура горючего находится в пределах между максимальной температурой горючего и максимальной температурой стенки топливного сердечника , что подтверждает правильность расчета.