Способ определения температуры тепловыделяющего элемента топливной сборки

Способ определения температуры тепловыделяющего элемента топливной сборки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i>795223

Саев Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву 650429 (22) Заявлено 13.Ю6.79 (21) 2778728/18-25 (51)М.Кл.а G 91 И 25/60

021 С 17/00 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.82. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.82

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.039.546 (Ю88.8) (72) Авторы изобретения

В. Е. Минашин и А. А. Шолохов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

ТОПЛИВНОЙ СБОРКИ

Изобретение относится к измерениям с применением тепловых средств, а именно, к измерению температур в тепловыделяющем элементе (ТВЭЛ).

Известен способ определения температуры ТВЭЛ топливной сборки по основному авт. св. 650429 ядерното реактора, включаю1ций использование модели сборки, набранной из реальных ТВЭЛ без тепловыделения и сменного макета с источником тепла, замещение сменным ТВЭЛ последовательно каждого ТВЭЛ, измерение температурного поля сборки после каждого изменения тепловыделения, причем, сменный макет выполняют из материала с теплопроводностью много меньшей теплопроводности теплоносителя, источник тепла выПолняют точечным, устанавливают на поверхности сменного макета и перемещают его, затем заменяют сменный макет реальным ТВЭЛ и создают в нем тепловыделение, подобное реальному, изолируюют его поверхность кроме той ее части, где создают сток тепла, и изменяют положение этого стока, и по полученным данным судят об искомой величине fl).

Недостатком известного способа является большое время измерений, так как для ТВЭЛ с различным внутренним термосопротивлением необходимо проводить отдельное измерение для каждого в отдельности.

Целью изобретения является сокращение времени измерений.

Поставленная цель достигается тем, что при реализации способа, включающего использование модели сборки, набранной из реальных ТВЭЛ без тепловыделения и сменного макета с источником тепла, замещение сменным ТВЭЛ последовательно, каждого ТВЭЛ, измерения температурно.го поля сборки после каждого изменения тепловыделения, выполнение сменного макета из материала с теплопроводностью

15 много меньшей теплопроводности теплоносителя, выполнение источника тепла точечным, установление его на поверхность сменного макета и перемещение его, замену сменного макета реальным ТВЭЛ и

20 создание в нем тепловыделения подобного реальному, изолирование его поверхности кроме той части, где создают сток тепла. изменение положения этого стока и определение по полученным данным искомой ве25 личины, исключают прохождение теплового . потока через поверхность ТВЭЛ, создают сток тепла по теплоносителю, измеряют температуру теплоносителя, и по полученным результатам определяют температуру тепловыделяющего элемента.

795223

На фиг. 1 и 2 изображены две топливные сборки, в которых ТВЭЛ различаются внутренним устройством; на фиг. 3 модель, с помощью которой определяют температуры в топливных сборках по описываемому способу.

Устройства содержат ТВЭЛ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 без тепловыделения или их макеты, отличающиеся внутренним устройством 8.

ТВЭЛ 1 окружены оболочкой (чехлом) топливной сборки 9, с теплоносителем 10.

Сменный макет 11 имеет точечный источник 12 тепла.

Последовательность операций при определении температур ТВЭЛ топливных сборок (см. фиг. 1 и фиг. 2) выглядит следующим образом. Макет 11 с элементарным источником тепла 12 устанавливают в модели сборки в какую-либо позицию, например в позицию, показанную на фиг. 3, затем источник 12 тепла устанавливают в различные положения на поверхности макета 11, каждый раз проводя измерения.

Все эти операции совпадают с операциями по способу-прототипу, однако в отличие от прототипа в данном способе сток тепла от элементарного источника тепла направляют по теплоносителю и препятст вуют его прохождению через поверхность макетов ТВЭЛ путем воздействия на тепловой поток макетами, выполненными из материала, теплопроводность которого много меньше теплюпроводности охлаж,дающей жидкости. После того, как проведены измерения при разных позициях макета с элементарным источником тепла и при различкых положениях элементарного источника на поверхности макета, провюдят измерение на реальном изолированном

ТВЭЛ по способу-прототипу, для чего поверхность ТВЭЛ изолируют, кроме тюй ее части, где создают сток тепла, и меняют положение этого стока, каждый раз проводя измерения.

Поскольку в описываемом способе введены новые операции по сравнению с прототипом, то и формула для определения температуры топливной сборки будет другая. Пусть требуется определить температуры ТВЭЛ топливных сборок, показанных на фиг. 1 и 2.

Вводят порядковую нумерацию ТВЭЛ, обозначив центральный ТВЭЛ (ТВЭЛ в центральной позиции) каждой топливной сборки порядковым номером 1, а шесть периферийных ТВЭЛ (ТВЭЛ в периферийных позициях) порядковыми номерами от 2 до 7.

Аналогичную нумерацию вводят для макетов экспериментальной модели, считая, что макет в центральной люзиции имеет порядковый номер 1, а макеты в периферийных позициях (периферийные макеты) имеют порядковые номера от 2 до 7, причем макеты в позициях 1 — 7 расположены в модели в том же порядке, что и ТВЭЛ в позициях 1 — 7 в топливной сборке. Далее вводят сокращение макет (ТВЭЛ) вместо макет (ТВЭЛ) в позиции j. Для удобства выкладок мощность элементарных источников и стоков тепла в эксперименте принимают за единичную и вводят следующие обозначения:

t,;(r,) — распределение температур на поверхности ТВЭЛ 1 от элементарного стока тепла единичной мощности, находящегося в точке i на поверхности этого ТВЭЛ;

10 распределение температур на поверхности ТВЭЛ от элементарного стока тепла, находящегося в точке ю на поверхности этого ТВЭЛ, при условии, что остальная поверхность

ТВЭЛ изолирована. В нашем примере К 1 — 71

15 t,,i(r ) 20 ж„с )) распределение температур на поверхности макета 1 от элементарного источника тепла, находящегося в точке i на поверхности этого же макета; ж,;(r>) зо распределение температур на поверхности макета 1 от элементарного источника тепла, нажодящетося в точке i на поверхности макета 2; ж/,!(г )

35 распределение температур на поверхности макета 1 от элементарного источника тепла, находящегося в точке i на поверхности макета j;

t, i(r„.) распределение температур на поверхности макета К от элементарного источника тепла, находящегося на поверхкости макета /. В нашем примере /

1 — 7.

t(r„) = g a„t„(r„) 55

С другой стороны, температура поверхности этого же ТВЭЛ может:быть выражена через функции t>«.,(r,). Температура поверхности ТВЭЛ К только за счет lV источииков, расположенных на поверхности

ТВЭЛ 1, равна сумме

3 1! ж,i (Гк)

i=1

Пусть мощность теплового потока в точке i на поверхности ТВЭЛ К в реальной топливной сборке равна а„, тогда температура t(r,) поверхности этого ТВЭЛ мо50 жет быть выражена через распределения температур t,< (r,) по формуле:

795223

Аналогично находят темкературу поверх ности ТВЭЛ только за счет источников, расположенных на поверхности ТВЭЛ 2, .затем ТВЭЛ 3 и т. д. В результате суммарная температура поверхности ТВЭЛ К определяется выражением

t(r,.) = апА,,д (rê)+...

i=3 м ... + a;; t, i(r,) = ) « а А„; (r„), (2)

Правые части выражений (1) и (2) равны между собой, так как их левые части представляют собой одну и ту же температуру

:-поверхности ТВЭЛ. Приравнивая правые части этих двух выражений, получают:

Ф 7 Ф, а„.t„. (r,.) =,, а,;t;; (r,) .. (3)

j=1 i =1

-Уравнение (3) является уравнением для нахождения неизвестных коэффициентов а, . Общее количество коэффициентов а„; равно 7N. Чтобы найти эти коэффициенты, уравнение (3) нужно записать для N точек поверхности каждого из семи ТВЭЛ, т. е. .для К 1 — 7. В результате получают систему из семи линейных уравнений, решая которую, определяют коэффициенты а„.

Температуру поверхности ТВЭЛ определяют затем по формуле. (1).

Левая часть уравнения (3) определяется свойствами ТВЭЛ той топливной

"сборки,,для которой мы определяем температуру. Если определяют температуру

"ТВЭЛ топливной сборки (см. фыг. 1), то в левую часть уравнения (3) помещают рас. пределения температур t-„ (r,.), которые находят измерением температуры поверхности отдельного изолированного ТВЭЛ 1 из топливной сборки (см. фиг. 1). Поэтому и коэффициенты а„;, найденные из уравнения (3) будут зависеть от свойств .данного ТВЭЛ. Если определяют температуру другой топливной сборки (см. фиг. 2), .то в левую часть уравнения (3) помещаем

+ те температуры t,< (r,), которые найдены путем измерений на ТВЭЛ с другими свойствами (ТВЭЛ 14, см. фиг. 2). В то же

-+ время функции t >,. (r„), входящие в правую часть уравнения,(3), не зависят от внутреннего устройства ТВЭЛ, как они определены на модели .(см. фиг. 3), свойСпособ определения температуры тепловыделяющего элемента топливной сборки по основному авт. св. № 650429, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, исключают про45. хождение теплового потока через поверхность тепловыделяющих элементов, создают сток тепла по теплоносителю, измеряют температуру теплоносителя и по полученным результатам определяют темпера5О туру тепловыделяющего элемента.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

55 № 650429, кл. G 01 N 25/00, 1976 (прототип).

1О

25 зо

35 ства которой не зависят от внутреннего устройства ТВЭЛ, а зависят лишь от внешней конфигурации ТВЭЛ и режима течения теплоносителя. Если имеется несколько топливных оборок, то при определении температуры каждой из них в правой части уравнения (3) всякий раз будут одни и те же функции, т. е. результаты, полученные на одной экспериментальной модели, будут использованы для определения температур во всех топливных сборках.

Для определения температуры ТВЭЛ двух различных топливных сборок по данному способу требуется измерение всего на одной экспериментальной модели, в то время, как по способу прототипа проводят измерения на двух различных моделях.

Если бы,было четыре различных топливных сборки, то количество измерений на моделях сократилось бы в четыре раза ит. д.

Другим положительным эффектом предлагаемого изобретения является сокращение количества доротостоящих материа,лов, необходимых для построения экспериментальной модели сборки. Так, если при изготовлении экспериментальной модели по прототипу использовать реальные ТВЭЛ, то для изготовления, например, экспериментальной модели топливной сборки требуется шесть периферийных ТВЭЛ. В то же время по данному способу требуется всего лишь один ТВЭЛ, на котором проводят измерения со стоком тепла и изолированием остальной поверхности.

Формула изобретения

795223

Puz. 2

COCT3HHTeJlb Ю. VMPJIOB

Техрсд А. Камышникова

Редактор 1т. Горькова

Kopneктор С. файн

Заказ 254/162 Изд. Pfo 119 Тираж 883 Подписное °

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фнл. пред. «Патенть