Распределение температур по высоте ТВС

Распределение температуры теплоносителя.

Чтобы рассчитать распределение температуры теплоносителя /_ж(г) по высоте ТВС, нужно сначала найти изменение энтальпии воды /_ж(г), которое определяется из уравнения теплового баланса.

Для каналов ТВС с расходом воды G_Tbc и линейной тепловой мощностью q_t твс (г) будем иметь.

где /_вх — значение энтальпии воды на входе в ТВС.

На практике, для того чтобы выполнить расчеты по формуле (3.22), приходится разбивать ТВС по высоте на ряд последовательных отрезков с координатами сечений Zi- Далее, используя вычисленные значения /_ж(г,) и считая давление в каналах ТВС неизменным, из табличных данных о свойствах воды находятся значения.

t-Azd-

Распределение температур оболочки твэла и топлива.

Температура наружной поверхности оболочки твэла, находящегося в ТВС, определяется по найденной зависимости t_x(z) с учетом термического сопротивления теплоотдачи R_a(z) = 1/а (г):

где линейный тепловой поток от твэлов <//(z) = k_Qq_t твс (г)/Пт_ВЭЛ; коэффициент теплоотдачи, а рассчитывается по формулам, приведенным в гл. 1, п. 1.4.

При определении температуры топлива на оси твэла учитываются термические сопротивления оболочки R_o5 (если оболочка тонкая, то R₀6 = 8_об/А,_об), контакта топлива с оболочкой R_K и топливного сердечника /?, _с. В случае стержневого твэла без центрального отверстия.

для твэла с центральным отверстием диаметром d_mB

где d_TX — диаметр топливного сердечника.

Таким образом, температура в центре твэла.

Максимальные температуры оболочки твэла и топлива.

Чтобы найти значения максимальных температур оболочки твэла и топлива в рассматриваемой тепловыделяющей сборке, используется обычная, хорошо известная процедура. Сначала определяются координаты максимумов температур путем дифференцирования зависимостей (3.23), (3.26) и приравнивания полученных производных нулю. Затем в этих координатах находятся значения соответствующих максимумов.

Для оценки теплотехнической надежности реактора особое значение имеют максимальные значения температур оболочек твэлов и ядерного топлива в наиболее нагруженных ТВС. Выполненные для них расчеты по формулам (3.23), (3.26) позволяют сравнить полученные максимальные температуры оболочек твэлов и топлива с предельно допустимыми значениями.

Максимальные температуры оболочек твэлов и топлива непосредственно связаны с распределением энерговыделения в активной зоне реактора, т. е. зависят от принятых в расчетах значений коэффициентов неравномерности k_r, k_z и к_у. При выборе коэффициентов неравномерности энерговыделения необходимо учитывать два обстоятельства.

¹⁰ В формулах (3.24) — (3.26) предполагается, что коэффициенты теплопроводности оболочки А._0б и топлива /_ч не зависят от температуры.

С одной стороны, для того чтобы обеспечить высокие техникоэкономические показатели разрабатываемой конструкции реактора и вместе с тем удовлетворить нормативным требованиям, стремятся максимально снизить коэффициенты неравномерности энерговыделения в активной зоне, чем, в основном, и достигается уменьшение максимальных температур оболочек твэлов и топлива. С другой стороны, выравнивание тепловыделения по радиусу (снижение к,) приводит к увеличению нейтронного потока на периферии активной зоны и повышению радиационного воздействия на корпус реактора. С учетом этого, для того чтобы сохранить работоспособность корпуса в течение длительного времени (по современным требованиям 60 лет), приходится ограничивать снижение к_г до приемлемой величины.

В современных проектных разработках ВВЭР СКД согласно нейтронно-физическим расчетам, выполненным в [3], в реакторе с быстро резонансным спектром нейтронов при одноходовой схеме движения теплоносителя может быть получен коэффициент неравномерности энерговыделения по объему активной зоны 2,33, а в случае двухходовой схемы — 2,19. Для реактора с тепловым спектром нейтронов в этих же расчетах найдено к_г = 2,50. Если нет других данных, то полученные значения k_v рекомендуются для выполнения предварительных тепловых расчетов.

Список литературы

• 1. Маргулова Т. Х. Атомные электрические станции: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1978. (4-е изд. — М.: Высшая школа, 1984.)
• 2. Киселев Н. П., Радовский И. С. Термический КПД паротурбинных установок: Учебное пособие. — М.: МИФИ, 1992.
• 3. Реакторы, охлаждаемые водой сверхкритического давления при двухходовой схеме движения теплоносителя / Ю. Д. Баранасв, А. П. Глебов, А. В. Клушин и др. // Отраслевой семинар «Реакторы на сверхкритических параметрах воды». Обнинск, 6−7 сентября 2007. С. 28 — 39.