Способ экспериментального определения полей температур в узлах активной зоны быстрого реактора

Способ экспериментального определения полей температур в узлах активной зоны быстрого реактора

Реферат

 

Сущность изобретения: способ основан на экспериментальном определении координат максимумов распухания материала дистанционирующей проволоки и материала оболочки твэла. Координаты максимумов распухания оболочки и дистанционирующей проволоки определяют по окончании реакторной кампании. Местоположение максимумов распухания известным математическим законом связано с температурными условиями работы твэлов. Это позволяет определить положение в активной зоне участков с истинной, усредненной по времени экспериментальной кампании, температурой оболочки твэла. 1 ил.

Изобретение относится к исследованиям тепловых режимов активных зон (АЗ) ядерных реакторов, в частности, на быстрых нейтронах (РБН). Цель изобретения повышение точности определения температурных условий работы штатных твэлов. Поставленная цель достигается тем, что определение полей температур в узлах активной зоны РБН ведут по окончанию реакторной кампании, дополнительно определяют координаты максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки, причем о температуре оболочки твэла судят по величине температурного напора в центральной части активной зоны, зависящей от координат максимумов распухания. Сопоставительный анализ теплофизических расчетов и экспериментальных данных позволяет определить усредненную по кампании величину температурного напора t в районе центра АЗ и оценить рабочую температуру твэла в районах: максимума распухания материала оболочки; максимума распухания материала дистанционирующей проволоки; максимума температур оболочки твэла. Графический пример сопоставительного анализа расчетных кривых распределения температур и экспериментальных зависимостей распухания материалов твэла по высоте АЗ приведен на чертеже. Исходя из того, что: температура максимума распухания Т_р, материала оболочки Т_р.твэл и ее дистанционирующей проволоки Т_рд одинакова (оболочка и дистанционирующая проволока изготовлены из одного материала) т.е. T_р T_твэл T_рд от практически непосредственного соприкосновения с топливом оболочка имеет температуру Т_твэл несколько большую, чем температура дистанционирующей проволоки Т_д, находящейся в теплоносителе, т.е. Т_твэл> Т_д в районе центра АЗ; распределение подогрева теплоносителя по высоте АЗ Т_Na(h) соответствует распределению температур на ее дистанционирующей проволоке Т_д(h), т.е. T_Na(h) T_д(h), следует, что расположение координат максимумов распухания материала оболочки h(S_твэл^макс) и дистанционирующей проволоки h(S_д^макс) одного и того же твэла характеризуются некоторым смещением h относительного друг друга, т.е. h [h(S_д^макс)h(S_твэл^макс)] На чертеже кривые IV, V соответственно экспериментальные зависимости распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки по высоте АЗ. В предлагаемом способе по величине h определяется величина температурного напора t_макс в районе максимума распухания материала дистанционирующей проволоки S_д^макс. Для этого используется закон распределения подогрева теплоносителя по высоте АЗ в виде монотонно возрастающей функции (кривая I) с минимальным значением температуры на входе теплоносителя в ТВС t_д (h 0) (точка 1, кривая I) и максимальным значением температуры на выходе теплоносителя из ТВС t_д (h H) (точка 5, кривая I). Закон изменения температуры теплоносителя имеет вид T_дZ[(h)] t_д(h=0) + 1+ (1) где Z 2h/H безразмерная координата; 1 + безразмерный параметр; Т подогрев теплоносителя; T q_max, (2) где D диаметр твэла, мм; Н длина АЗ, мм; G расход теплоносителя, кг/с; С_р объемная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг x x град; q_макс максимальная плотность теплового потока, Вт/м²; l экстраполированная добавка. Температура стенки твэла отличается от средней температуры жидкости в данном сечении на величину температурного напора в пограничном слое теплоносителя; T_твэл[Z(h)] T_д[Z(h)] + 1+ + (h)cosZ(h) (3) Изменение закона описывается кривой II (см. чертеж). Определив экспериментально координаты максимумов распухания материала оболочки h(S_твэл^макс) и дистанционирующей проволоки h(S_д^макс) и учитывая, что Т_р Т_р.твэл. Т_рд, определяют величину температурного напора в районе h(S_д^макс) по соотношению T_твэл{Z[h(S^м_д^акс)] T_твэл{Z[h(S^макс_твэл)] (4) или, учтя (3), получают t (5) Локальное увеличение температуры оболочки непосредственно под дистанционирующей проволокой определяется по формуле (4): t¹ (0,344- 4,210^-4 Pe) (6) где _Na- теплопроводность теплоносителя, Вт/Hград; D диаметр твэла, мм; q_s средний по периметру твэла тепловой поток, Вт/м²; Ре число Пекле, Pe d_д/ где d_д диаметр дистанционирующей проволоки. средняя скорость теплоносителя в сборке, м/с; средний по периметру твэла коэффициент теплопередач. Таким образом, величина температурного напора с учетом локального перегрева оболочки под дистанционирующей проволокой (кривая III) определяется по соотношению (0,344- 4,210^-4 d_д/) (7) В практике для экспресс-оценки величины температурного напора в районе центра АЗ и температуры оболочки твэла в районах максимумов распухания материала оболочки h(S_твэл^макс) и дистанционирующей проволоки h(S_д^макс) предлагается воспользоваться соотношением, основанным на линеаризации закона распределения теплоносителя по высоте АЗ Т_д[Z(h)] и линеаризации закона распределения температуры оболочки твэла по высоте АЗ Т_твэл[Z(h)] на участке Т_твэл[Z(h 0] Т_твэл[Z(h h(S_д^макс))] Тогда, зная из условий эксплуатации температуру теплоносителя на входе t_Na(h= 0)= t_д(h= 0) и выходе t_Na(h H) t_д(h H) тепловыделяющей сборки и определив экспериментально координаты и величину смещения максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки h, требуется осуществить параллельный перенос участка линейной зависимости Т_д[Z( h)] в районе h(S_д^макс) на величину, пропорциональную относительному подогреву теплоносителя: (8) тогда величина температурного метода определяется по соотношению t h (9) Температура оболочки в районе максимума распухания дистанционирующей проволоки (точка 3, кривая 1) определяется по соотношению t_твэл[h(S^м_д^акс)] t_д[h(S^м_д^акс)]+ (10) Температура оболочки в районе максимума распухания оболочки (точка 2, кривая III) определяется соотношением t_твэл[h(S^макс_твэл)] t_твэл[h(S^м_д^акс)] (11) В центральной части АЗ происходит максимальное энерговыделение, поэтому с достаточно высокой степенью приближения можно считать, что рассчитанная величина является практически максимальной ^макс, т.е. ^макс тогда, используя выражение (3), определяют максимальную температуру стенки твэла (точка 4, кривая III): + t^макс_твэл (12) на расстоянии Z(h^макс_твэл) arctg (13) Таким образом, предложенный способ позволяет произвести коррекцию зависимости распределения температур оболочки твэла по высоте АЗ Т_твэл[Z(h)] используя до 5 реперных точек, определенных экспериментально. Сравнение заявленного способа с известными стендовыми экспериментами показывает, что в предложенном способе ведется экспериментальное определение координат максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки после их штатной эксплуатации, местоположение которых по известному закону связано с температурными условиями работы твэлов. Сопоставительный анализ с прототипом по определению изменений температур оболочки твэла в направлении течения теплоносителя показывает, что заявленный способ позволяет определить положение в АЗ участков с истинной, усредненной по времени эксплуатационной кампании, температурой оболочки твэла. Экспериментальные послереакторные исследования штатных ТВС РБН, проведенные с целью определения температурных условий работы твэлов, позволяют выявить возможные отклонения действительных распределений температур от проектных. Изучение закономерностей в существовании разницы величины температурного напора как по сечению в одной ТВС, так и между различными ТВС позволяет уточнить реальные параметры эксплуатации твэлов ТВС РБН.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУР В УЗЛАХ АКТИВНОЙ ЗОНЫ БЫСТРОГО РЕАКТОРА, заключающийся в определении температуры оболочки твэлов в реперных точках и последующем нахождении температурного поля путем известных математических приемов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения тепловых режимов активной зоны, исследования ведут по окончании реакторной компании, определяют координаты максимумов распухания материала оболочки твэлов и дистанционирующей проволоки, а о температуре оболочки твэла судят по величине температурного напора в центральной части активной зоны, зависящей от координат максимумов распухания, по соотношению где h - величина смещения максимумов распухания материала оболочки твэла и дистанционирующей проволоки относительно друг друга, мм; T - температура подогрева теплоносителя по высоте активной зоны, ^oС; H - высота активной зоны, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000