- •Методика расчета и исходные данные.
- •Активная зона
- •Теплоноситель
- •Тепловыделяющая сборка (твс)
- •Тепловыделяющий элемент (твэл)
- •Расчет геометрических характеристик решетки активной зоны.
- •Расчет тепловых потоков и параметров теплоносителя по высоте активной зоны.
- •Расчет среднего коэффициента теплоотдачи.
- •Расчет температурного поля твэлов.
- •Определение зоны поверхностного кипения.
- •Расчет запаса до кризиса теплообмена.
- •Расчет гидравлического сопротивления активной зоны.
- •Основные результаты теплогидравлического расчета реактора.
Теплогидравлический расчет реактора
Цели и задачи теплогидравлического расчета реактора.
Задачей поверочного теплового расчета реактора является определение основных теплотехнических параметров при известном конструкционном оформлении и заданной мощности.
Основная цель теплогидравлического расчета реакторов с водой под давлением – установить распределение тепловых потоков и температур по активной зоне реактора, найти максимальную температуру топлива для подтверждения невозможности его расплавления в тепловыделяющих элементах с большой тепловой нагрузкой, определить запас до кризиса теплообмена и гидравлическое сопротивление движению теплоносителя через активную зону.
-
Методика расчета и исходные данные.
Данный расчет выполняется для реактора типа ВВЭР-1000 тепловой мощностью Qт = 3225 МВт, величина которой была определена из расчета тепловой схемы паротурбинной установки (см. предыдущий раздел).
Тепловая мощность реактора может быть увеличена с 3000 до 3225 МВт путем добавления в активную зону нескольких дополнительных ТВС. При этом несколько увеличится эквивалентный диаметр активной зоны, а тепловыделение в расчете на одну сборку и удельная энергонапряженность зоны останутся примерно постоянными; следовательно, большинство теплогидравлических и нейтронно-физических параметров реактора изменятся относительно слабо. Решетка активной зоны взята стандартной для ВВЭР-1000: ее геометрические характеристики и средняя мощность тепловыделяющей сборки остались неизменными.
Методика данного расчета аналогична той, которая изложена в [5]. Все теплогидравлические параметры – тепловые потоки, температуры, параметры теплоносителя, гидравлические сопротивления – определяются для среднего по активной зоне и максимально нагруженного твэла (ячейки); последние обозначаются верхним индексом max. Расчет проводится для 9 точек по высоте активной зоны с координатами z = -1,75; -1,50; -1,00; -0,50; 0,00; 0,50; 1,00; 1,50; 1,75 м. Расчет гидравлического сопротивления ведется на средние параметры по высоте ячейки. На небольшом участке теплопередающей поверхности возможно поверхностное кипение теплоносителя, но ввиду того, что зона кипения в водо-водяных реакторах обычно мала, это явление не учитывается. Результаты расчета сведены в таблицы и представлены графически.
Ниже приведены основные характеристики реактора ВВЭР-1000 (по данным [4]), используемые в расчете.
-
Активная зона
Тепловая мощность реактора Qт = 3225 МВт
Высота активной зоны H0 = 3,5 м
Экстраполированная добавка к размерам зоны = 0,08 м
-
Теплоноситель
Среднее давление в активной зоне p = 16 МПа
Температура воды на входе в реактор tвх = 290 С
Температура воды на выходе из реактора tвых = 322 С
-
Тепловыделяющая сборка (твс)
Форма и вид ТВС Шестигранная, бесчехловая
Расстояние между центрами ТВС (шаг ячейки) hяч = 234 мм
Размер ТВС под ключ hкл = 234 мм
Полное число стержней nст = 331 в том числе: твэлов n = 312 направляющих трубок для пэлов nп = 18 каркасных трубок nкт = 1
Диаметр направляющей трубки для пэлов dп = 12,6 мм
Диаметр центральной каркасной трубки dкт = 13,3 мм
Число дистанционирующих решеток nдр = 9
-
Тепловыделяющий элемент (твэл)
Материал оболочки Цирконий
Ядерное топливо Диоксид урана (UO2)
Расположение твэлов в решетке (упаковка) Треугольная
Шаг решетки твэлов hтв = 12,75 мм
Наружный диаметр d = 9,1 мм
Толщина оболочки об = 0,7 мм
Зазор между оболочкой и топливным сердечником заз = 0,1 мм
Диаметр отверстия в топливной таблетке dо = 1,4 мм
Доля энерговыделения в твэле = 0,94
В двух нижеследующих таблицах представлены необходимые для расчетов параметры теплоносителя на входе и выходе активной зоны (табл. 6.1), и в состоянии насыщения при среднем давлении в активной зоне реактора (табл. 6.2).
Таблица 6.1
Параметр |
Вход в активную зону |
Выход из активной зоны |
|
Температура |
t, oC |
290 |
322 |
Энтальпия |
h, кДж/кг |
1283 |
1464 |
Удельный объем |
v, 10-3 м3/кг |
1,377 |
1,478 |
Плотность |
, кг/м3 |
747,94 |
676,59 |
Таблица 6.2
Параметр |
Вода |
Пар |
|
Температура насыщения |
ts, oC |
347,3 |
|
Удельный объем |
v, 10-3 м3/кг |
1,709 |
9,328 |
Плотность |
, кг/м3 |
585,1 |
107,2 |
Энтальпия |
h, кДж/кг |
1652 |
2583 |
Теплота парообразования |
r, кДж/кг |
931 |
|
Поверхностное натяжение воды |
, Н/м |
0,00394 |
— |
Теплоемкость |
cp, кДж/(кгК) |
9,550 |
14,520 |
Теплопроводность |
, Вт/(мК) |
0,449 |
0,128 |
Динамическая вязкость |
, 10-6 Пас |
67,3 |
23,27 |
Кинематическая вязкость |
, 10-6 м2/с |
0,1150 |
0,2171 |
Число Прандтля |
Pr |
1,43 |
2,64 |
Основываясь на вышеизложенных соображениях, определим необходимое количество кассет в активной зоне. Тепловая мощность, в среднем выделяемая одной ТВС в серийном реакторе ВВЭР-1000
(6.1)
Необходимое число ТВС
(6.2)
Из условия симметрии решетки активной зоны принимаем N = 175.