Теплогидравлический расчет технологического канала (стр. 1 из 6)
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 рисунка1.1 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.1.2 Определение координаты точки закипания
Определение координаты точки закипания, как и весь тепло-гидравлический расчет, выполняется для одного канала: со средней тепловой нагрузкой. При выполнении расчета канал расчленяется на участки длиной ДЖ. Длина участка, как правило, принимается равной расстоянию между дистанционирующими решетками - рисунок 1.3. Расчетный сечениям присваиваются числовые значения координаты 2. При этом при расчете реактора РБМК в отличие от изложенного ранее для реактора ВВЭР в качестве координаты Z=0 принимают сечение на входе в канал. Вычислительный процесс по определении координаты точки закипания носит итерационный характер. Схема алгоритма этой процедуры изображена на рисунке 1.4.
1.2.1 Определении координаты точки закипания
При определении координаты точки закипания и в последующих расчетах необходимо располагать рядом характеристик теплофизических свойств теплоносителя. Для определения теплофизических свойств теплоносителя в технологическом канале предварительно принимают величину перепада давления в нем ДР= 0,2......0,4 МПа. По известным давлениям на входе и выходе (Рвых = Рвх_- ДР) определяются соответствующие этим давлениям теплофизические характеристики воды и пара на линии насыщения. В дальнейшем расчет ведется по среднеарифметическим (между входом и выходом) величинам:
давление среды
, МПа;энтальпия воды и пара на линии насыщения
и 
, кДж/кг;плотность воды и пара на линии насыщения
и 
, кг/м3;скрытая теплота парообразования
, кДж/кг;коэффициенты соответственно динамической и кинематической вязкости:
, Па·с; 
, м2/с;коэффициент поверхностного натяжения
, Н/ч;температура насыщения
, °С;коэффициент теплопроводности
, кВт/(м·К);изобарная теплоемкость
, кДж/(кг·К).
1 - зазор между верхней и нижней ТВС; 2 - дистанционирующие решетки
Рисунок 1.3 - Схема расположения пучков ТВС в канале реактора РБМК
1.2.2 Определение теплофизическими свойствами воды
Для выполнения дальнейших расчетов необходимо также располагать теплофизическими свойствами воды на участке подогрева до температуры насыщения:
на входе в участок определяет энтальпию и плотность воды как функцию температуры и давления на входе
; 
;средние значения температуры, давления и плотности воды:
изобарная теплоемкость и коэффициент динамической вязкости:
Определенные таким образом теплофизические свойства принимаются в первом приближения идентичными для канала средней тепловой нагрузкой.
Рисунок 1.4 - Схема алгоритма определения координаты конца участка подогрева теплоносителя до температуры насыщения