Расчет гидравлических характеристик реакторного контура

Введение

Профилирование расходов по тепловыделяющим сборкам реактора необходимо проводить для того, чтобы температура теплоносителя на выходе из активной зоны реактора была одинаковой. В активной зоне теплоноситель греется не равномерно, его температура убывает с удалением от центра реактора к периферии. Нам необходимо, чтобы температура теплоносителя была одинаковой по всем типам кассет.

В данной курсовой работе нам нужно вычислить мощность главного циркуляционного насоса, необходимую для перекачки теплоносителя по петле первого контура ядерной энергетической установки с реактором ВВЭР-1000. Это значение мощности потребуется в дальнейшем для правильного подбора главного циркуляционного насоса.

Исходные данные для расчета Тепловая мощность реактора Q=2800 [МВт]

Давление в нижнем коллекторе реактора Pн.к.=157 [бар]

Температура на входе в активную зону tвх. = 290[С].

Подогрев на активной зоне t = 30[C].

Исходные данные к курсовой работе:

Реактор:

Длина трубопроводов первого контура:

Коэффициенты местных сопротивлений

Активная зона:

Контур:

Парогенератор:

Местные сопротивления:

Определение расхода через реактор и через все ТВС

Определим Сp через среднюю температуру и давление в нижнем коллекторе из таблицы Ривкина.

tср

Pн.к.=157 бар

Сp=5648

Расход по одной ТВС

Расчёт геометрии ТВС.

1 участок

Длина участка

Гидравлический диаметр участка

Площадь

2 участок

Этот участок является диффузором, на котором происходит переход от круглого к шестиугольному сечению.

В верхнем сечении данный участок имеет форму шестиугольника. Приравняем площадь шестиугольника к площади окружности, чтобы найти эквивалентный диаметр.

— эквивалентный диаметр, — площадь шестиугольника.

На этом участке происходит расширение, найдем угол .

тогда .

По таблице найдем поправочный коэффициент на плавное расширение:

Рассчитаем местный коэффициент сопротивления на плавное расширение:

3 участок

Длина ,

Площадь поперечного сечения ,

Гидравлический диаметр;

Площадь проходного сечения =

=

где r-радиус вписанной окружности

Смоченный периметр

Где, а — сторона шестиугольника

4 участок

Длина .

Гидравлический диаметр равен гидравлическому диаметру ячейки ТВС:

где S — шаг решетки твэла

5 участок

Длина ,

гидравлический диаметр- ,

6 участок

Длина ,

гидравлический диаметр- ,

площадь поперечного сечения

.

Расчет площадей на 4 и 5 участках для различных типов ТВС:

Кластерные открытые: N1 = 80[шт.]

Площадь поперечного сечения на участках 4 и 5 одинакова и равна:

Кластерные стержни опущены на 40%: N2 = 29[шт.]

Площадь поперечного сечения на участке 4:, площадь поперечного сечения на участке 5:

С выгорающим поглотителем (СВП): N3 = 54[шт]

Для СВП кассет площадь поперечных сечений будет одинаковой, также она останется неизменной на участках 4 и 5 и будет равна

Определение количества дистанционирующих решеток:

Шаг решеток равен следовательно, количество решеток равно

Вывод зависимостей для определения расхода

Для определения расходов воспользуемся соотношениями:

заменим скорость ;

;

Вынесем за скобку и оставшуюся часть обозначим через

Получим

Где

Для нашего случая запишем

где С1, С2, С3 , — постоянные зависящие от коэффициентов сопротивления трения и местных коэффициентов сопротивления, а также геометрии ТВС.

Из этой системы

,

.

Потери давления на различных ТВС; заменим среднюю скорость; получим

Перенесем G2 в противоположную сторону,; обозначим

Тогда можно записать где — коэффициент местного сопротивления.

Возьмем необходимые для выполнения работы значения удельных объемов и динамической вязкости, из таблиц Ривкина.

Найдем местные потери для разных типов кассет.

Кластерные кассеты, стержни подняты Кластерные кассеты, стержни опущены

3) Кассеты СВП Запишем основные соотношения.

Числа Рейнольдса находятся из формулы где — скорость, -гидравлический диаметр.

Заменим ;

Получим; обозначим

Тогда можно записать

Перепад давления из уравнения; заменим среднюю скорость; получим ;

Перенесем в противоположную сторону,; обозначим

Можем записать; обозначим

Тогда можем записать

Коэффициент сопротивления трению, так, как в нашем случае числа Рейнольдса будут

В активной зоне коэффициент сопротивления трению будет больше и определяется по формуле где, при

— относительный шаг решетки твэл

;

— шаг решетки твэл.

;;

Вычислим для каждого участка коэффициенты и .

Для кластерный кассет

Для ТВС СВП Определение расходов по различным типам кассет.

Первоначально числа Рейнольдса будут определятся из условия одинаковости расходов по всем типам кассет.

Из них значения и .

Первое приближение

Кластерные кассеты, стержни подняты

Кластерные кассеты, стержни опущены

Кассеты СВП

Найдем общие потери по длине.

Кластерные кассеты, стержни подняты Кластерные кассеты, стержни опущены Кассеты СВП Определим окончательное значение коэффициентов после первого приближения, и определим расходы.

Кластерные кассеты, стержни подняты Кластерные кассеты, стержни опущены Кассеты СВП Для определения расходов воспользуемся соотношениями:

заменим скорость ;

;

Вынесем за скобку и оставшуюся часть обозначим через

Получим Где

Для нашего случая запишем

,

.

;; ;

Вычислим значения расходов по полученным формулам.

II. Проведем второе приближение, используя полученное значение расходов для разных типов кассет.

1) Кластерные кассеты, стержни подняты

2) Кластерные кассеты, стержни опущены

3). Кассеты СВП

Найдем общие потери по длине.

1). Кластерные кассеты, стержни подняты

2). Кластерные кассеты, стержни опущены

3). Кассеты СВП Определим окончательное значение коэффициентов после второго приближения, и определим расходы.

1) Кластерные кассеты, стержни подняты

2) Кластерные кассеты, стержни опущены

3) Кассеты СВП Определим расходы.

Проверим, выполняется ли баланс расходов

— выполняется.

Вычислим расхождения между расходами в предыдущей и последующей итерациях выраженное в процентах:

; ;

; .

Так как значения расходов во втором и первом приближении отличаются меньше чем на 0,5%, то можно продолжать вычисления с полученными во втором приближении значениями.

Потери давления в активной зоне:

Определение потерь давления на петле Горячая ветка:

Давление и температура теплоносителя на горячей ветке:

t=313[C]

Р= 15,291 МПа Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина

;

; .

Запишем уравнение Бернулли для сечений 4 и 3:

учитывая что V3 и V4 равны, получим: .

Расход на горячей ветке

.

Число Рейнольдса на горячей ветке:

где .

Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе:

Парогенератор:

Давление и средняя температура в парогенераторе:

t=2990 C

P=15,150 МПа Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина:

; ;

.

Расход через парогенератор

Расход через одну трубку парогенератора Число Рейнольдса в трубке парогенератора где ,

— динамическая вязкость теплоносителя в парогенераторе.

Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе:

Длина трубки парогенератора:

.

.

Холодная ветка:

Давление и средняя температура на холодной ветке:

t=2850 C

P=15,109 МПа Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина:

; ;

.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1 и 2:

учитывая что V1 и V2 равны, получим: .

Расход на холодной ветке

.

Число Рейнольдса на холодной ветке Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе:

.

Суммарные потери давления:

Расчет мощности ГЦН:

.

циркуляционный насос реактор теплоноситель

1. Авдеев Е. Ф., «Расчет гидравлических характеристик реакторного контура».

2. Ривкин С. Л., Александров А. А. «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара».