Теплогидравлический расчет технологического канала

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по дисциплине "Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках" выполняется после изучения теоретического курса с целью выполнения следующих основных задач:

- закрепление и углубление знаний, полученных студентами при изучении курсов "Теория ядерных реакторов", "Ядерные энергетические реакторы","Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках";

- расширение круга знаний студентов путем изучения специальной литературы, правил устройства и безопасной эксплуатации, инструкций, справочников, научно-технических статей и др.;

- развитие творческой инициативы студентов при самостоятельном решении поставленных перед ними задач;

- развитие у студентов навыков самостоятельного систематического, технически и литературно грамотного изложения в пояснительной записке, обоснования принятых решений, методов расчета и т.п.

В ходе выполнения курсового проекта была закреплена методика теплогидравлического расчета ядерных энергетических реакторов, изложение которой приведено в данных методических указаниях.

1. Задачи теплогидравлического расчёта водоохлаждаемого реактора

В энергетических ядерных реакторах теплота, генерируемая в топливе при его делении, отводится циркулирующим через активную зону теплоносителем. Мощность реактора ограничена теплопередающими возможностями теплоносителя. Поэтому для достижения высокой эффективности и безопасности ядерной энергоустановки необходимо знать параметры процессов отвода теплоты на всех этапах теплопередачи от активной зоны реактора до поступления пара в турбину.

К основным типам отечественных энергетических реакторов относятся корпусные реакторы с некипящей водой типа ВВЭР, канальные водографитовые реакторы с кипящей водой типа РБМК.

Теплогидравлический расчет реакторов вместе с физическим, прочностным и экономическим служит для обоснования проекта ядерной реакторной установки, ее теплотехнической оптимизации и повышения ее теплотехнической надежности. При теплогидравлическом расчете определяют распределение расхода теплоносителя по каналам реактора, давления и паросодержания по контуру циркуляции, температуры в элементах реактора, а также параметры оборудования первого контура установки.

Для проведения поверочного теплогидравлического расчета необходимо задавать исходные данные: технологическую схему первого контура, режимные параметры, конструкционные и теплотехнические характеристики активной зоны, гидравлические характеристики элементов контура циркуляции, теплофизические свойства материалов.

На стадиях эскизного, технического и рабочего проектов теплогидравлические расчеты ведут с разной степенью детализации при номинальных параметрах, частичных нагрузках, при запуске и расхолаживании реактора, аварийных ситуациях.

Многовариантные проектные расчеты проводятся с целью выбора оптимальной конструкции реактора и назначения оптимальных режимных параметров. Они носят оценочный характер, а результаты расчетов сопоставляются с лимитирующими факторами: допустимой температурой теплоносителя, замедлителя, оболочки и сердечника твэлов. Температурный диапазон работы материалов в энергетических ядерных реакторах составляет 200...2600°С. К лимитирующим факторам относятся также запас до кризиса теплоотдачи, допустимая скорость теплоносителя и т.п.

В связи со сложностью, взаимосвязанностью физических, теплофизических, гидродинамических процессов их математические модели громоздки и исследуются численно на ЭВМ. В рамках курсового проекта по курсу " Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках" рассматриваются решения наиболее распространенных задач.

1. ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАНАЛА

1.1 Расчет основных геометрических характеристик канала и активной зоны

К числу основных геометрических характеристик активной зоны реактора типа РБМК относятся объем и диаметр активной зоны. Площадь одной ячейки активной зоны реактора типа РБМК согласно рисунка 1.1 определяют как:

(1.1)

где а - шаг решетки технологических каналов, м.

Количество ячеек в активной зоне N определяют по формуле (1.2). Проходное сечение ТВС изображено на рисунке 1.2.

(1.2)

1- блок графитовой кладки; 2 – осевое отверстие для ТВС; 3 – площадь ячейки.

Рисунок 1.1- К определению площади ячейки в графитовых реакторах.

а гидравлический и тепловой периметры и соответствующие диаметры:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

Рисунок 1.2 - Схематический разрез канала реактора РБМК-1000

(1.6)

В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

-внутренний диаметр трубы рабочего канала, м; п - число твэлов в канале; d₂ - наружный диаметр оболочки твэла, м; dц - диаметр центральной трубки ТВС, м.