Теплогидравлический расчет реактора на быстрых нейтронах.

Вариант 5

 

 

Исходные данные:

 

тепловая мощность реактора: Q_тепл = 1600 × 10⁶ Вт

теплоноситель: натрий

конструкционные материалы: сталь

температура теплоносителя на входе в активную зону: t_вх = 360 ⁰С

температура теплоносителя на выходе из активной зоны: t_вых = 560 ⁰С

удельная энергонапряженность: q_v = 530 × 10⁶ Вт/м³

топливо: UO₂ (диоксид урана)

форма ТВС: квадратная

размер между центрами ТВС: s_твc = 94 × 10^-3 м

зазор между ТВС: Δ_твc = 2 ×10^-3 м

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

твэлы: стержневые

решетка: треугольная

число твэл в ТВС активной зоны и торцевом экране: n_твэл = 127 шт

диаметр твэл в активной зоне и торцевом экране: d_твэл = 6,9 × 10^-3 м

толщина оболочки твэл: d_об = 0,4×10^-3 м

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

число твэл в ТВС бокового экрана: n_твэл = 37 шт

диаметр твэл в боковом экране: d_{твэл.б.э.} = 14,2 × 10^-3 м

высота активной зоны: h_аз=0,7 м

тепловыделение в активной зоне: Q_а.з = 1440 × 10⁶ Вт

тепловыделение в торцевом экране: Q_т.э. = 48 × 10⁶ Вт

тепловыделение в боковом экране: Q_б.э. = 112 × 10⁶ Вт

 

 

Основные характеристики жидкого натрия (Na при 450^°С):

плотность Na: ρ_Na = 842 кг/м³

удельная теплоемкость Na:

коэффициент теплопроводности: l_Na = 66,1

коэффициент динамической вязкости: m_Na = 259 × 10^-6 (Па ^. с)

коэффициент кинематической вязкости: n_Na = 30,8 × 10^-8 м²/c

коэффициент температуропроводности: a_Na = 61,6×10^-6

I. Определение геометрических характеристик

Размеры активной зоны:

Объем активной зоны реактора:

Уплощение активной зоны b

Диаметр активной зоны:

Площадь сечения активной зоны:

Толщина торцевых частей экрана:

Принимается δ_т.э = 0,4 м.

Толщина бокового экрана:

Принимается δ_б.э = 0,5 м.

Площадь бокового экрана:

 

Эффективная добавка по оси активной зоны:

Принимается δ_эф.=0.18

 

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

H = Н_а.з + 2 ^. d_эф

H = 0,7 + 2 ^. 0,18 = 1,06 м

 

Площадь сечения ячейки активной зоны:

 

В реакторах на быстрых нейтронах ячейкой является площадь ТВС

 

Число ТВС в активной зоне:

 

Принимаю 450 шт

Число ТВС бокового экрана:

 

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 по высоте канала:

Вт/м

Вт/м

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.35	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.397 (Hа.з/2)
ql(z), Вт/м	1,1×109	1,38×109	1,83×109	2,2×109	1,83×109	1,38×109	1,1×109
qб.э.(z), Вт/м	83×106	104,6×106	137×106	166×106	137×106	104,6×106	166×106

Линейный тепловой поток в центральной плоскости:

В активной зоне

Линейный тепловой поток в центральной плоскости бокового экрана:

 

 

Температура теплоносителя по высоте канала в активной зоне:

 

Температура теплоносителя по высоте канала в боковом экране:

 

 

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0.35	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.35
TT(z) °С	370,25	385,90	408,00	463,33	518,67	540,80	556,42
Tб.э.(z) °С	369,92	385,03	406,45		513,55	534,97	550,08

 

 

Коэффициент теплоотдачи в активной зоне:

Pr_Na=0.5 ^. 10^-2

Re=

 

 

Коэффициент теплоотдачи в боковом экране:

Re=

 

 

 

 

Температура наружной поверхности твэл активной зоны:

Коэффициент учитывающий энерговыделение в твэл

Температура наружной поверхности твэл бокового экрана:

 

параметр	Координата по высоте канала z, м.
0.35	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0.35
Tоб.твэл(z) °С	370,48	386,2	408,4	463,83	519.07	541.1	556,65
Tоб. б.э.(z) °С	369.93	385,04	406,47	460,05	513,61	535.03	550,14

 

Температура топливного сердечника вдоль оси:

 

параметр	Координата по высоте канала z, м.
-0,35	-0.3	-0.2		0.2	0.3	0,35
Tс(z) °С

Перепад давления теплоносителя в реакторе:

потери на трение:

коэффициент сопротивления трения:

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.