Тепловой расчет реактора БН.

Вариант II

Исходные данные:

тепловая мощность реактора: Q_тепл = 2000 × 10⁶ Вт

теплоноситель: свинец

конструкционные материалы: сталь

температура теплоносителя на входе в активную зону: t_вх = 350 ⁰С

температура теплоносителя на выходе из активной зоны: t_вых = 550 ⁰С

подогрев теплоносителя в активной зоне: Dt = 200 ⁰С

удельная энергонапряженность активной зоны: Q_ср = 500 × 10⁶ Вт/м³

топливо: UC₂ (дикарбид урана)

форма твс: квадратная

размер между центрами твс: s_твc = 85,2 × 10^-3 м

зазор между твс: Δ_твc = 1,5×10^-3 м

толщина корпуса твс: d_ТВС = 2 × 10^-3 м

твэлы: стержневые

решетка твэл: треугольная

число твэл в твс активной зоны: n_твэл = 121 шт

диаметр твэл в активной зоне: d_твэл = 7 × 10^-3 м

толщина оболочки твэл: d_об = 0,35×10^-3 м

диаметр топливного сердечника: d_серд = 6,2 × 10^-3 м

число твэл в твс бокового экрана: n_твэл = 36 шт

диаметр твэл в боковом экране: d_{твэл.Б.Э} = 13,75 × 10^-3 м

тепловыделение в активной зоне: Q_а.з = 1800 × 10⁶ Вт

тепловыделение в торцевом экране: Q_а.з = 60 × 10⁶ Вт

тепловыделение в боковом экране: Q_а.з = 40 × 10⁶ Вт

Основные характеристики жидкого свинца (Pb при 450^°С):

плотность Pb: ρ_Pb = 10530 кг/м³

изобарная теплоемкость:

коэффициент теплопроводности: l_Pb = 15,33

коэффициент кинематической вязкости: n_Pb = 19,19 × 10^-8 м²/c

коэффициент температуропроводности: a_Pb = 9,69×10^-6

Основные характеристики дикарбида урана:

коэффициент теплопроводности

температура плавления

I. Определение геометрических характеристик

Размеры активной зоны:

Объем активной зоны реактора:

Уплощение активной зоны b

Величина уплощения b выбирается по таблице:

Уплощения	БН-350	БН-600	БН-800	БН-1600
(D/H)а.з.	1,4	2,0-2,7	2,5	3,5-5,0

Исходя из тепловой мощности выбираю коэффициент уплощения активной зоны b = 2,77

Диаметр активной зоны:

Радиус активной зоны реактора:

Высота активной зоны:

Площадь сечения активной зоны:

Толщина торцевых частей экрана:

Принимаю δ_т.э = 0,3 м.

Толщина бокового экрана:

Принимаю δ_б.э = 0,4 м.

Площадь бокового экрана:

Эффективная добавка по оси активной зоны:

d_эф = Н_а.з × 0,2

d_эф = 0,87 × 0,2 = 0,174 м

Экстраполированная высота, вдоль которой идёт тепловыделение с максимумом в центральной плоскости и нулевым значением на торцах:

H = Н_а.з + 2 × d_эф

H = 0,87 + 2 × 0,174 = 1,218 м

Площадь сечения ячейки активной зоны:

Площадь сечения ТВС активной зоны:

Число ТВС в активной зоне:

где - доля, объема, занимаемая ячейками органов СУЗ, в первом приближении

= 0,05

Принимаю 301 шт

Число ячеек СУЗ в активной зоне:

Принимаю n_суз = 16 шт.

Число ТВС бокового экрана:

Принимаю n_Б.Э = 244 шт.

Проходное сечение ТВС активной зоны:

Гидравлический периметр ТВС активной зоны:

Гидравлический диаметр ТВС активной зоны:

Проходное сечение ТВС бокового экрана:

Гидравлический периметр ТВС бокового экрана:

Гидравлический диаметр ТВС бокового экрана:

Тепловой периметр ТВС активной зоны:

Тепловой периметр ТВС бокового экрана:

II Определение теплогидравлических параметров активной зоны и бокового экрана.

Расход теплоносителя через активную зону:

Расход теплоносителя через боковой экран:

Скорость теплоносителя через активную зону:

Скорость теплоносителя через боковой экран:

Линейный тепловой поток в центральной плоскости активной зоны:

Коэффициент высотной неравномерности энерговыделения в активной зоне

Линейный тепловой поток в центральной плоскости бокового экрана:

Линейный тепловой поток по высоте канала в активной зоне:

,

Рис1. Линейного теплового потока по высоте канала в активной зоне

Линейный тепловой поток по высоте канала в боковом экране:

,

Рис2. Линейного теплового потока по высоте канала в боковом экране

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.397 (-Hа.з/2)	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.397 (Hа.з/2)
ql(z)	9,126×10^8	1,591×10^9	1,995×10^9	2,399×10^9	1,995×10^9	1,591×10^9	9,126×10^8
qб.э.(z)	6,869×10^7	1,247×10^8	1,536×10^8	1,806×10^8	1,536×10^8	1,247×10^8	6,869×10^7

Температура теплоносителя по высоте канала в активной зоне:

Рис3. Температуры теплоносителя по высоте канала в активной зоне

Температура теплоносителя по высоте канала в боковом экране:

Рис4. Температуры теплоносителя по высоте канала в боковом экране

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.35 (-Hа.з/2)	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.35 (Hа.з/2)
TT(z) ^°С	360,15	383,70	397,00	452,33	508,47	530,60	556,22
Tб.э.(z) ^°С	359,82	382,03	395,45		503,55	524,77	550,04

Коэффициент теплоотдачи в активной зоне:

Коэффициент теплоотдачи в боковом экране:

Температура наружной поверхности ТВЭЛ активной зоны:

Коэффициент учитывающий энерговыделение в твэл

Рис5. Температуры наружной поверхности ТВЭЛ активной зоны

Температура наружной поверхности ТВЭЛ бокового экрана:

Рис6. Температуры наружной поверхности ТВЭЛ бокового экрана

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.35 (-Hа.з/2)	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.35 (Hа.з/2)
Tоб.твэл(z) ^°С	360,4	383,0	397,2	452,6	508,9		556,5
Tоб. б.э.(z) ^°С	360,0	382,2	395,7	450,3	503,8	525,2	550,2

Температура топливного сердечника ТВЭЛ активной зоны вдоль центральной оси:

Наружный радиус ТВЭЛ:

Внутренний радиус ТВЭЛ:

Наружный радиус сердечника ТВЭЛ:

Средний радиус оболочки ТВЭЛ:

Температура топливного сердечника вдоль оси:

Рис7. Температуры топливного сердечника вдоль оси

Коэффициент теплопроводности дикарбида урана

Определим среднюю температуру топливного сердечника активной зоны вцентре:

Температура наружной поверхности сердечника:

при z = 0 (в центре по оси активной зоны)

для коэффициента теплопроводности дикарбида урана взятого для температуры T_ср = 1800^°К. получаем что вполне допустимо, и корректировки коэффициента теплопроводности не требуется.

Температура топливного сердечника твэл бокового экрана вдоль центральной оси:

Наружный радиус твэл:

Внутренний радиус твэл:

Наружный радиус сердечника твэл:

Средний радиус оболочки твэла:

Температура топливного сердечника вдоль оси:

Рис8. Температуры топливного сердечника вдоль оси

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.35 (-H0/2)	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.35 (H0/2)
Tс(z) ^°С
Tс.б.э(z)^°С

Перепад давления в реакторе:

шаг решетки:

шаг навивки:

коэффициент сопротивления трения:

коэффициент учитывающий геометрию пучка твэл

потери на трение:

число дистанционирующих решеток:

принимаю

тогда потери на местное сопротивление:

нивелирная составляющая давления:

Суммарный перепад давления в реакторе:

Па.

Заключение.

По результатам теплогидравлического расчёта реактора можно сделать выводы:

1. за счет высокого коэффициента теплоотдачи температура теплоносителя практически совпадает с температурой наружной оболочки твэла.

2. максимальная температура топливного сердечника находиться в центральной плоскости и составляет 2280^°С, что лежит в допустимых пределах.

3. температуры теплоносителя и наружной оболочки твэла по высоте бокового экрана практически совпадают с аналогичными температурами в активной зоне, и в тоже время максимальная температура топливного сердечника за счёт более низкой тепловой нагрузки в боковом экране примерно в 1,7 раза меньше чем в активной зоне.

Список использованной литературы.

1. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для вузов.

– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 325 с.: ил.

2. Белл. Д, Глестон С. Теория ядерных реакторов.

Перевод с англ. Под ред. В.Н. Артамкина. – М. Атомиздат, 1974. – 496 с.: ил.

3. Петров П.А. Ядерные энергетические установки.

– М. Госэнергоиздат, 1958. – 256 с.: ил.

4. Кириллов П. Л., Юрьев Ю. С., Бобков В. П. Справочник по теплогидравлическим

расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы).

Под общ. ред. П. Л. Кириллова. – 2-е изд., перераб. и доп.

– М.: Энергоатомиздат, 1990. – 360 с.: ил.

---

Дата добавления: 2015-07-08