АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Определение теплогидравлических параметров по высоте канала в расчете на средний и максимально нагруженный ТВЭЛ

Читайте также:
  1. A. Определение элементов операций в пользу мира
  2. B. Приведение параметров микроклимата и нормативным показателям
  3. I. Определение потенциального валового дохода.
  4. II. Определение геометрических размеров двигателя
  5. II.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЛА
  6. P.2.3.2.1(с) Определение удельной теплоемкости твердых тел
  7. Б) Определение жёсткости
  8. Беларусь в расчете на 10 000 человек населения
  9. В гипоталамусе условно выделяют передний, средний и задний отделы.
  10. В) забезпечення максимального моменту на ведучих колесах.
  11. В) Определение объема движений
  12. В) Определение щёлочности.

Распределение линейного теплового потока по высоте канала:

 

(16)

 

где: ql0 - тепловой поток в плоскости максимального по высоте энерговыделения реактора;

При этом значение ql0 в центральной плоскости реактора (для средненапряженного твэла), составляет:

(18)

 

При этом значение ql0 в центральной плоскости реактора (для максимально напряженного твэла), составляет:

(19)

 

где: kv - коэффициент объемной неравномерности энерговыделения. Принят равным 2,8.

kz - коэффициент высотной неравномерности энерговыделения.

Определяется с помощью соотношения

(20)

 

По формуле [16] определяем линейный тепловой поток по высоте канала для ТВС на среднею нагрузку. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:

 

 

По формуле [16] определяем линейный тепловой поток по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:

 

Результаты расчетов приведены в таблице 2 и представлены на рисунке 1

Таблица 2.

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
ql сред ,кВт 1,25 3,54 5,74 7,79 9,62 11,19 12,46 13,39 13,96 14,16
ql макс,кВт 2,10 5,96 9,65 13,09 16,17 18,81 20,94 22,51 23,46 23,78

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
ql сред,кВт 13,96 13,39 12,46 11,19 9,62 7,79 5,74 3,54 1,25
ql макс,кВт 23,46 22,51 20,94 18,81 16,17 13,09 9,65 5,96 2,10

 

Рисунок 1 – Линейный тепловой поток для средне и максимально нагруженного твэла.

 

 

Распределение поверхностного теплового потока по высоте канала.

 

Тепловая нагрузка на единицу поверхности твэл, qs(z), Вт/м2 определяется из соотношения:

Тепловая нагрузка на единицу поверхности твэла

(21)

 

По формуле [21] определяем поверхностный тепловой поток по высоте канала для ТВС на среднею нагрузку. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:

 

 

По формуле [21] определяем поверхностный тепловой поток по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:

 

 

причем, коэффициент k = 0,94 определяет отличие суммарного теплового потока от энергии деления в твэле.

 

Графическое представление результатов расчета qS(z) аналогично ql(z) и приводится на рисунке 2. Расчетные значения в таблице

Таблица 3

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
ql сред ,кВт 41,67 117,98 191,10 259,05 319,99 372,27 414,48 445,47 464,40 470,77
ql макс,кВт 70,01 198,21 321,05 435,21 537,59 625,42 696,33 748,39 780,20 790,91

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
ql сред,кВт 464,40 445,47 414,48 372,27 319,99 259,05 191,10 117,98 41,67
ql макс,кВт 780,20 748,39 696,33 625,42 537,59 435,21 321,05 198,21 70,01

 

 

Рисунок 2 – Поверхностный поток с твэла

 


 

Расход теплоносителя через одну ТВС:

 

Расход теплоносителя, G, кг/с в расчете на один ТВЭЛ определяется соотношением:

(22)

где:

cp- средняя удельная теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении p (p=15МПа), равная 5277,5 Дж/кг/°К.

DTт– подогрев теплоносителя, °С. Проектное значение DTт =35°С.

 

Энтальпия теплоносителя i по высоте канала определяется с использованием iвх – значения энтальпии на входе в активную зону (1200 кДж/кг) из соотношения:

(23)

Решая интегральное уравнение получаем:

(24)

Из соотношения [21] определяем значения энтальпии по высоте максимально нагруженного твэла, для примера приведём расчет одной точки со значением (1,35)

(25)

По полученным расчетным значениям в эксель строим график рисунок 3

Из оценки графика видно, что точка (1.35) с максимальной энтальпией равной 1510 кДж/кг будет ниже энтальпии насыщения которая при р=15МПа состовляет 1610кДж/кг. По диаграмме состоянии воды и пара энтальпия насыщения 1510 кДж/кг достигнет только если давление на выходе окажется 13МПа.

 

 

Рисунок 3 – Энтальпия для средне и максимально нагруженного твэла

 

 

Относительная энтальпия x по высоте канала определяется из соотношения:

(26)

где:

iт(z) - энтальпия, соответствующая положению по координате z;

i' = 1610 кДж/кг - энтальпия воды при температуре насыщения;

i'' = 2611 кДж/кг - энтальпия пара при температуре насыщения;

Результат расчета данной энтальпии продемонстрирован на рисунке 4


Из соотношения [26] определяем значение относительной энтальпии по высоте максимально нагруженного твэла, для примера приведём расчет одной точки также со значением (1,35)

 

 

 

Рисунок 4 – Относительная энтальпия по высоте

средне и наиболее нагруженного твэла

 

Определяем температуру теплоносителя по высоте

Предварительно разбивая на 19 равноотсающих по 0,15м от центра высоты Н=2,7м точек про которым будем вести расчет.

, (27)

 

(28)

 

Из соотношения [50] определяем значения температуры теплоносителя по высоте канала причем Tвх =270°С - температура на входе в активную зону.

Tm(z) - температура теплоносителя для координаты z:

 

Полученные при расчётах [28] результаты приведенны в таблице 4 и изображены на рисунке 5

Таблица 4

Z,м -1,35 -1,2 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,3 -0,15  
Тт сред   270,4 271,4 272,8 274,6 276,7 279,1 281,8 284,6 287,5
Тт макс   270,8 272,4 274,7 277,7 281,3 285,4 289,8 294,5 299,4

 

Z,м 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,20 1,35
Тт сред 290,3 290,2 295,8 298,2 300,4 302,1 303,5 304,5 305,0
Тт макс 304,2 308,9 313,4 317,5 321,0 324,0 326,4 328,0 328,8

 

Рисунок 5 – Температура теплоносителя для средне и максимально нагруженного твэла

 

Для определения температуры наружной поверхности оболочки ТВЭЛ используются соотношения:

(29)

 

где: - температурный перепад между наружной поверхностью ТВЭЛ и теплоносителем.

(30)

 

где: k»0.94 учитывает энергию, поступающую в теплоноситель теплопереносом. Определение коэффициента теплоотдачи a, Вт/(м2К) для наиболее напряженного и средне напряженного ТВЭЛ производится с помощью соотношения:

 

Способ определения коэффициента теплоотдачи a для средне и максимально напряженного твэла производится для с помощью следующих соотношений:

Пример расчета для одной точки со значением (0)

(31)

(32)

(33)

(34)

Предлагаемое выражение справедливо для Re = 5×103 … 5×105 и s/d = 1,1…1,8.

где: s = 0,011 м - шаг решетки;

d2 = 0,009 м - диаметр твэла;

Re - критерий Рейнольдса;

(35)

(36)

где:

w - скорость теплоносителя, м/с;

(м/с) (37)

dг = 0,0061 м - гидравлический диаметр канала;

n- = 1,245×10-7 м2/с - кинематическая вязкость.(при Т=299,40С)

nмакс = 1,215×10-7 м2/с - кинематическая вязкость.(при Т=299,40С)

Pr - критерий Прандтля,

Pr - критерий Прандтля, (38)

(39)

где: a - коэффициент темпепатуропроводности, м2/с;

(40)

(41)

- критерий Нуссельта, (42)

l- = 0,5803 Вт/(м×К) - коэффициент теплопроводности

lмакс = 0,5598 Вт/(м×К)

Вт/(м2×К) (43)

Вт/(м2×К) (44)

м - периметр тепловой для одного твэл (45)

Полученные при расчётах данные в пункте [29] [30] приведенны в таблице и изображены на рисунке [6]. [7].

Таблица 6

Z,м -1,35 -1,2 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,3 -0,15  
∆Тα сред 0,81 2,30 3,73 5,08 6,30 7,38 8,28 8,97 9,45 9,65
∆Тα макс 1,36 3,58 6,27 8,51 10,65 12,51 14,09 15,36 16,24 16,78

 

Z,м 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,20 1,35
∆Тα сред 9,62 9,31 8,75 7,93 6,87 5,60 4,16 2,58 0,91
∆Тα макс 16,88 16,53 15,70 14,41 12,64 10,45 7,80 4,87 1,73

 

Таблица 7

Z,м -1,35 -1,2 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,3 -0,15  
Тн об сред 270,8 272,8 275,2 277,9 280,9 284,1 287,4 290,8 294,1 297,2
Тн об макс 271,4 274,4 278,7 283,3 288,4 293,8 299,5 305,2 310,8 316,2

 

Z,м 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,20 1,35
Тн об сред 300,0 302,5 304,6 306,2 307,3 307,8 307,7 307,1 305,9
Тн об макс 321,1 325,5 329,1 331,9 333,7 334,5 334,2 332,9 330,5

 

Рисунок 6 – Температура оболочки и температура теплоносителя

для средне и максимально нагруженного твэла

Поверхностное кипение по высоте твэл отсутствует исходя из того, что температура оболочки твэл не достигает температуры насыщения равной Ts=3420С при давлении р=15МПа

Температура твэла на внутренней поверхности оболочки

 

(46)

где:

lоб = 20,5 Вт/(м×К) - теплопроводность циркониевой оболочки.

=0,0078 м

=0,0006м

=0.94

 

 

Результаты расчета температуры на внешней и внутренней поверхности оболочки твэла tоб.нар, tоб.вн представлены на в таблице на рисунке 7.

Таблица 8

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
Твн об сред 272,2 276,8 281,6 286,6 291,7 296,7 301,4 305,8 309,7 313,0
Твн об макс 273,7 281,0 289,5 297,9 306,5 314,9 322,9 330,4 337,0 342,8

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
Твн об сред 315,7 317,5 318,6 318,7 318,1 316,5 314,2 311,1 307,3
Твн об макс 347,4 350,7 352,6 353,0 351,8 349,2 345,0 339,6 332,9

 

 

Рисунок 7 – Температура внешней и внутренней поверхности оболочки средне и максимально нагруженного твэла

 

Температура наружной поверхности топливного сердечника

(47)

Рисунок 8 - Зависимость проводимости контактного слоя lз

от отношения толщины газового зазора к внутреннему диаметру оболочки.

 

Коэффициент проводимости контактного слоя aз=0,3210 4Вт /м К получен из экспериментальных данных и приведен на рисунке 8.

 

 

(48)

Результаты расчета температуры на внешней поверхности топлива tн серд представлены в таблице 9 на рисунке 9.

Таблица 9

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
Тн серд сред 287,6 320,4 352,3 382,5 410,1 434,4 454,8 470,7 481,6 487,2
Тн серд макс 299,6 354,4 408,3 459,0 505,5 546,4 580,6 607,4 625,8 635,5

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
Тн серд сред 487,5 482,4 471,9 456,5 436,5 412,4 384,9 354,7 322,8
Тн серд макс 636,2 627,7 610,3 584,4 550,8 510,3 463,8 412,9 358,8

 

Температура внутренней поверхности топливного сердечника

, °С (49)

где: lс - теплопроводность топливного сердечника. Для UO2 определяется с помощью эмпирического соотношения

(50)

где: Q - средняя температура топлива (принимаем исходя из приближения Q = 1270 °К)

Результаты расчета температуры на внутренней поверхности топливного сердечника представлены в таблице 10 и на рисунке 10.

Таблица 10

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
Твн серд сред 305,1 371,4 437,2 500,4 559,1 611,1 654,6 688,0 710,0 719,8
Твн серд макс 344,8 482,3 615,5 739,8 852,4 949,9 1030,0 1090,3 1129,3 1145,9

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
Твн серд сред 716,9 701,6 674,3 636,2 588,5 533,1 472,0 407,2 340,8
Твн серд макс 1139,6 1110,6 1059,6 988,0 897,7 791,1 671,0 540,8 404,0

 

Рисунок 10. – Температура топлива для максимально и средне нагруженного твэла.

 

Критический тепловой поток определяется из:

(51)

 

где:

- обобщенное массовое паросодержание; (52)

х - относительная энтальпия максимально нагруженного твэла, равна нулю в связи с тем что в реакторе отсутствкет поверхностное кипение и соответственно массовое паросодержание Х тоже равно нулю.

dтепл и l - тепловой диаметр и длина пучка твэлов;

- критерий Рейнольдса посчитан нами для различных (Z);

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75
Re макс          

 

Z,м -0,6 -0,45 -0,30 -015  
Re макс          

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75
Re макс          

 

Z,м 0,90 1,05 1,20 1,35
Re макс        

 

- критерий Прандтля посчитан для (Z)

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
Prмакс 0,964 0,961 0,954 0,944 0,931 0,916 0,899 0,881 0,859 0,842

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
Prмакс 0,823 0,803 0,784 0,767 0,751 0,737 0,726 0,718 0,714

 

Результаты, полученные с помощью данного выражения удовлетворяют и используются для данных в диапазоне p = 4…18 МПа; rw = 500…5000 кг/(м2×с); X = - 0,5…3; dтеп = 4…20 мм; l = 0,4…7 м.

Результаты расчета критического теплового потока представлены в таблице 11 и на рисунке 11 и 12

Таблица 11

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
qкр средн,кВт                    
qкр макс,кВт                    

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
qкр средн,кВт                  
qкр макс,кВт                  

 

.

Рисунок 11. Критический тепловой Рисунок 12. Тепловой поток и критический

поток средне и максимально тепловой поток средне и максимально

нагруженного твэла нагруженного твэл

 

Расчет коэффициента запаса до кризиса теплообмена k(z).

(53)

Для наиболее напряженного твэла минимальный коэффициент запаса

, что можно считать допустимым. (54)

Результаты расчета коэффициента запаса до кризиса теплообмена приведены в таблице 12 и представлены на рисунке 13

Таблица 12

Z,м -1,35 -1,20 -1,05 -0,9 -0,75 -0,6 -0,45 -0,30 -015  
kсредн 27,33 9,65 5,95 4,38 3,54 3,03 2,72 2,52 2,41 2,37
kмакс 16,27 5,74 3,54 2,61 2,11 1,80 1,62 1,50 1,43 1,40

 

Z,м 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35
kсредн 2,40 2,49 2,67 2,96 3,44 4,24 5,74 9,29 26,30
kмакс 1,42 1,47 1,57 1,74 2,02 2,49 3,36 5,43 15,36

 

 

Рисунок 13.- Коэффициент запаса k(z) до кризиса теплообмена

 

3. Потери давления в пределах активной зоны:

для средненагруженного участка:

МПа

для максимально нагруженного участка:

МПа

определяется без учета составляющей, связанной с потерей на ускорение (в силу ее малости)

Отдельные составляющие данного выражения отличаются для различных режимов теплообмена.

 

Потери давления на трение:

где:

Re=233687

ρ=751.4кг/м3, w=4.1м/с

где:

Re=252136

ρ=722.6кг/м3, w=4.6м/с

 

Потери давления от местных сопротивлений:

где: xм - коэффициент местного сопротивления.

В пределах активной зоны реактора основными местными сопротивлениями являются дистанционирующие решетки. Для однофазной жидкости коэффициент местного сопротивления одной дистанционирующей решетки можно принять равным 0,5. Для рассматриваемого здесь случая в пределах высоты пучка твэлов установлено 11 дистанционирующих решеток.

Нивелирная составляющая потери давления:

 


Заключение.

В результате выполнения курсового проекпа по курсу: «Ядерные энергетические установки», тема «Проектирование реактора ВВЭР» с тепловой мощностью 2000МВт я получил следующие данные теплогидравлического расчета:

 

В данном разделе определены геометрические характеристики активной зоны:

DO=3,43м
 
HO=2,7м
 

 

Число ТВС (499), ТВЭЛов в ТВС (156), размер под ключ (14,57 мм).

Большое значение числа ТВС обусловлено сравнительно небольшим размером ТВЭЛов и большим диаметром АЗ, который в свою очередь зависит от удельного энерговыделения в активной зоне, который в результате расчетов пришлось уменьшить с 85 МВт/м3 по исходным данным до 80 МВт/м3 удовлетворяющему условию запаса до кризиса теплообмена..

Температура стенки ТВЭЛа составляет 3300С, что ниже температуры начала кипения. Минимальный запас до кипения составляет 120С

Максильное значение температуры топлива составляет 1145 0 С много меньше температуры плавления циркония равной 2123 0С

Наиболее определяющий параметр для теплогидравлического расчета – запас до кризиса теплообмена. В данном расчете минимальное его значение составляет 1,40 в ½ высоты АЗ. При минимально допустимом 1,37 согласно литературы(1)

Гидравлические потери давления на трение в расчитываемом реакторе соответствуют 0,11-0,12 МПа, что вполне удовлетворяет реальным значениям действующих ЯЭУ.

Из проведеной расчетной работы нами получено приближенное представление о том какими характеристиками будет обладать реактор с данными исходными параметрами. По которым мы можем сказать, что данный реактор может быть допущен к дальнейшему проектированию и уточнению теплогидравлического расчета.

 

 


Список литературы

 

1. Дементьев, Б.А. Ядерные энергетические реакторы: учеб. пособие для вузов / Б.А. Дементьев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.

2. Кириллов, П.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках: учеб. пособие для вузов / П.Л. Кириллов, Г.П. Богословская. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 465 с.

3. Рассказов В.В. Курс лекций. Ядерные энергетические реакторы.

 


1 | 2 | 3 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.048 сек.)