Способ определения распределения давления пара цезия в межэлектродных зазорах элементов электрогенерирующего канала при петлевых испытаниях

Способ определения распределения давления пара цезия в межэлектродных зазорах элементов электрогенерирующего канала при петлевых испытаниях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при проведении петлевых реакторов испытаний многоэлементных электрогенерирующих каналов Сущность изобретения: непосредственно во время реакторных испытаний измеряют или оценивают тепловую мощность, температуры эмиттера Т и коллектора Т, выход газообразного продукта деления в единицу времени каждого элемента и осуществляют оценку давления пара цезия Р в каждом элементе по аналитическому выражению. 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5005521/21 (22) 01.07.91. (46) 30.11.93 Бюл. hh 43-44 (75) Синявский В.B. (73) Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.СПКоролева (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ЦЕЗИЯ В МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРО—

ГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА ПРИ ПЕТЛЕВЫХ

ИСПЫТАНИЯХ (в) RU (и) 2004032 Cl

}%}} }Н О} } }} И (57) Использование: при проведении петпевых реакторов испытаний многоэлементных электрогенерирующих каналов. Сущность изобретения: непосредственно во время реакторных испытании изме— ряют или оценивают тепловую мощность, температуры эмиттера Т и коллектора Т, выход газооб— э K разного продукта деления в единицу времени каждого элемента и осуществляют оценку давления пара цезия P в каждом элементе по аналитическому выражейию. 1 ил.

2004032

Изобретение относится к методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при проведении петлевых реакторных испытаний многоэлементных термоэмиссионных эпектрогенериру3ощих каналов (ЗГК).

Известен способ определения равпения пара цезия в ме>кэлектродных зазорах (МЭЗ) ЭГК при петлевь3к испытаниях (1). Он заключается в измерении температуры термостата, оценке давления пара Рсз на входе в МЗЗ всех ЭГК.

Основной недостаток способа — низкая точность, так как не учитывается распределение давления — вдоль ЭГК из-за встречного патак- газообразных продуктов деления (ГПД).

Б качестве прототипа взят способ определения распределения давления вдоль

ЭГК (2), Он закл очается в измерении (или оценке) давления пара цезия на входе в ЭГК

Р -зо, измерении генерируемого тока, оценке собственного магнитного поля ЭГК и оценке Pcs{Z), Основной недостаток способа — низкая точность, так как он не учитывает влияние на Р -s(Z) встречного потока выделяющихся

ГПД.

Целью изобретения является повышение точности определения Роs(Z), Цель достигается предложенным способам определения Pcs(2) в МЭЗ электрогенерирующих элементов (ЗГЭ) при петлевых испытаниях ЭГК, включающим измерение давления пара цезия на входе в ЗГК Рсзо и оценку Pcs(Z), отличающимся тем, что измеряют теплову а мощность и температуры эмиттера и коллектора каждого ЗГЗ, измеря от или оценивают количество ГПД, поступающих в МЗЗ из топливно-эмиттернаго узла каждого ЭГЗ, а оценку Pcs(Z) проводят по выражению

Pcs l . К вЂ” =-1 х

Рсзо " гп А О Рсзо т х(Х (- —, Х Gl ) - - у- Х 61 ). (1)

ГДЕ Pcsl/Peso — ОтНОСИтЕЛЬНОЕ ДаВЛЕНИЕ ПаРа цезия в1-м элементе; k — постоянная Бопьцмана; гп — молекулярная масса ГПД; бэ— диаметр эмиттера; Р— коэффициент диффузии ГПД в паре цезия; Tl =- (Ts + Тк)/2— температура ГПД, равная средней температуре электродов; ll и д — длина и ширина

МЗЗ i-га элемента; n — число элементов в

Э ГК.

Чертеж поясняет суть предложенного способа. На нем изображена схема ЭГК 1 с

ЭГЭ 2 с топливно-эмиттерными узлами 3, 10

-50

55 снабженными газоотвадными устройствами

4. В рабочем режиме МЭЗ 5 заполнен паром цезия, давление которого на входе в ЭГК 1 ко31тролируется датчиком б, ЭГК 1 размещен в петлевам устройстве 7, которое может быть оснащено датчиками 8 тепловыделения, термопарами 9 для измерения температуры коллектора 10, генератором 11 пара цезия, узлом 12 для подсоединения к вакуумной системе, датчиком 13 контроля состава и количества ГПД и т.п.

Предложенный способ реализуется следующим образам.

При изготовлении ЭГК 1 измеряют наружный диаMQTp топливно-эмиттернаго узла 3 и коллектора 10 кажцого ЭГЭ 2 и МЭ3

5. После размещения ЭГК 1 в петлевом устройстве 7, оснащенном необходимыми датчиками, его помеща|ат в ячейку исследовательского реактора, который выводится на уровень нейтронной мощности, при которой тепловая мощность ЭГК равна рабочей, Измерение тепловой мощности ка>кдаго ЭГЭ производится или с помощью встроенных в петлевое устройство 7 датчиков 8, например калориметров, или на основе предварительных реакторных испытаний теплофизического макета петлевого устройства с моделью ЭГК (3), В МЭЗ 5 из генератора 11 подают пар цезия при давлении, близком к оптимальному (1-10 3лм рт.ст,).

Контроль давления пара цезия на входе в

ЭГК Peso осуществляется датчиком 6, например электроразрядным (4), ЭГК генерирует электроэнергию при рабочих температурах эмиттера Т,. и коллектора Ty„KoTopbl6 измеряются ипи оцениваются известными методами (5), В процессе работы в топливе топливно-эмиттерного узла 3 образуются осколки деления, причем ГПД(кселон, криптон) выходят через ГОУ в МЭЗ 5. Количество образующихся ГПД пропорционально тепловой мощности ЭГЭ и легко рассчитывается или может быть измерена на выходе из

ЗГК 1 датчиком 13, например масс -спектрометрическим методом (б), причем зная относительное распределение тепловыделения (мощность каждого ЭГЭ) из суммарного количества ГПД из каждого ЭГЭ. После этога по формуле (1) рассчитываются Роз(2).

В процессе ресурсных испытаний возможно изменение МЭЗ, например, из-за распухания топливно-эмиттерных узлов, в результате чего Pcs(Z) изменяется. Поэтому периодически измеряют МЭЗ, например, нейтроннаграфическигл ипи другим методом (7), повторяют описанные выше операцИИ И СНОВа ОПрЕдЕпя3ат Pcs(Z). ПОЛУЧЕННОЕ значение Pcs(Z) позволяет уточнить эмиссионно-адсарбционные свойства эмиттера и

2004032 коллектора каждого ЭГЭ, а следовательно, и их энергетическую эффективность в процессе испытаний, в том числе ресурсных.

Формула (1) получена из следующих соображений.

В ЭГК из и ЭГЭ с выводом ГПД в МЭЗ существует встречный поток пара цезия и

ГПД. В результате парциальное давление

ГПД увеличивается в сторону, противоположную входу пара цезия, а давление пара цезия снижается, причем в установившемся режиме суммарное давление ГПД и пара цезия постоянны вдоль ЭГК.

Выходящие ГПД распространяются вдоль МЭЗ, заполненного паром цезия, за счет процесса диффузии, который описывается уравнением

G =md,DD —, dP

dZ (2) где G — масса ГПД, проходящих вдоль МЭЗ в единицу времени; д — МЭЗ; dP/dZ — градиент плотности ГПД вдоль МЭЗ. Предполагая линейное распределение плотности по длине МЭЗ, отсутствие гидравлического сопротивления в межэлементых проме>кутках и используя соотношение р = Pm/(kT), (3) где P — давление ГПД; m — масса молекулы

ГПД (принимается средне-эффективный для смеси газов ксенон-криптон); Т = (Те +

+Тс)/2 — температура ГПД в МЭЗ, получают

Г =. std>д D Л Pm/{kTI), (4) где ЛР— перепаддавления вдоль МЭЗ; I— длина МЭЗ.

Для I-ro ЭГЭ с учетом накопления ГПД от предыдущих по ходу ГПД Э ГЭ выражение (4) имеет вид

Gi= С(,д, олрт((т Ц. (5)

Учитывая постоянства суммарного давления в МЭЗ, перепад давления ГПД вдоль

МЭЗ 1-го ЭГЭ равен с точностью до знака перепаду давления пара цезия Л Рсзь поэтаму выражение (5) можно переписать в виде

Ь Pcsf = ТА Ь/(Лбэд 0((}. (6)

Абсолютное значение среднего давления пара цезия в i-м ЭГЭ можно записать в виде

Pcsi = Рсзо ) Ь Pcsi + Ь Pcsf/2 ° (7)

Подставив выражение (6) в уравнение (7), получают

К

Pcsi = Peso — — ) г э О и(Т

10 откуда следует выражение (1}.

При выводе уравнения (I) счет элементов в ЭГК осуществляют по ходу ГПД, т.е. первый элемент расположен у края ЭГК, противоположного входу пара цезия с давлением Рсзо. Значение коэффициента диффузии ГПД в паре цезия находят экспериментальным путем или рассчитывают по общеизвестной формуле и считают известным. При выводе предполагают ГПД с молекулярной массой гп, если рассматривают смесь газов (ксенон, криптон), то вводят эквивалентную массу или расчет ведут по газу с максимальным процентным содержанием.

Эффективность способа была проверена расчетным путем применительно к петлевым испытаниям типичного ЭГК с повышенной удельной мощностью. Для ЭГК с одинаковыми геометрией и условиями ра3 боты всех элементов при суммарной длине

МЭЗ 570 мм, ds =- 9 мм, д = 0,25 мм, Т =

=(1000 + 2000)/2 = 1500К и потоке газов с единицы длины ЭГК 0,74 10 с суммарное изменение давления пара цезия вдоль ЭГК составило с

Рсз1/Рсзо = 0,9

Таким образом, предложенный способ позволяет определить давление пара цезия в каждом элементе ЭГК, что в свою очередь обеспечивает контроль эмиссионно-арсорбционных характеристик каждого элемента

ЭГК. (56) 1. Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов.

M,: Энергоиздат, 1990, с.131.

2. Там же, c,139 — 141.

3. Там же, с.48-56.

4. Там же, с.135-139.

5. Там же, с,73 — 101.

6. Там же, с.149 — 156.

7. Там же, с,161--167.

2004032

Формула изобретения

AI csi и

Т! Т

Составитель А. Сакоян

Редактор Т. Юрчикова Техред M. Моргентал Корректор О, К равцова

Заказ 332б

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ЦЕЗИЯ В МЕ)КЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ ЭЛЕМЕНТОВ

ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА

ПРИ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЯХ, включающий измерение давления пара цезия на входе в электрогенерирующий канал и оценку давления пара цезия в межэлект- 10 родном зазоре каждого элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения .

1 точности, измеряют тепловую мощность и температуры эмиттера и коллектора каждого элемента, измеряют или оценивают количество газообразных продуктов деления, поступающих в межэлектродные зазоры из топливно-эмиттерного узла каждого элемента, измеряют межэлектродный за- . зор каждого элемента, а оценку давления пара цезия Рсы(Па) в межэлектродном зазоре каждого элемента осуществляют по соотношению г

i е P lР - относительное давление гд Cs(Csp пара цезия в i-м элементе;

Рс о - давление пара цезия на входе в канал, Па; е - молекулярная масса газообразных продуктов деления, кг; .

k - постоянная Больцмана;

de - диаметр эмиттера, м;

0 - коэффициент диффузии газообразного продукта деления в паре цезия;

Ti - средняя температура электродов 1-го элемента, К;

I, Di - длина и ширина межэлектродного зазора I-.ro элемента;

Gi - выход газообразного продукта*деления в единицу времени I-го элемента, кг/с;

n - число элементов в канале.