Проектный теплогидравлический расчет водографитового реактора типа РБМК

Тема 10

Теплогидравлический расчет реакторных паропроизводительных установок типа РБМК (водо-графитовые канальные реакторы)

Основные исходные данные. Поверочный расчет: тепловая мощность реактора, объем активной зоны, число ячеек в активной зоне; расход теплоносителя через реактор и через наиболее напряженную ячейку; максимальный тепловой поток и запас до критического теплового потока. Расчет гидравлических характеристик. Распределение температуры по высоте ТВС.

 

Проектный теплогидравлический расчет водографитового реактора типа РБМК.

Характерная особенность реакторов с двузфазным теплоносителем состоит в совместном решении уравнений сохранения массы, механичской и тепловой энергий потока.

Расчет паропроизводительности установки типа РБМК (рисунок 1) проводится в целях определения размеров активной зоны и требует задания чледующих исходных данных: тепловой мощности реактора , давления в контуре реактора, температуры питательной воды, высоты активной зоны, толщины отражателей, шага квадратной решетки технологичских каналов (ТК), размеров конструкционных элементов ТК (в том числе и твэлов) и контура циркуляции, коэффициента теплопередачи через зазор между оболочкой твэла и топливным сердечником (), коэффициента неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны и ТК ( и ), доли энерговыделения в твэлах (), в конструкционных материалах и замедлителе. Кроме того, задаются лимитирующие параметры: допустимая температура топлива (), минимальный запас по критической мощности ТК () и доля ТК в зоне .

 

Рисунок 1 – Характерный контур реакторной установки РБМК-1000:

1 – барабан-сепаратор; 2 – опускной трубопровод; 3 – всасывающий коллектор; 4, 9 – запорные задвижки; 5 – ГЦН; 6, 10 – обратный клапан; 7 – регулирующая задвижка; 8 – напорный коллектор; 11 – запорно-регулирующий клапан; 12 – раздающий групповой коллектор; 13 – подводящий трубопровод; 14 – ТК; 15 – реактор; 16 – отводящий трубопровод.

Последовательность расчетов такова:

1. Мощность наиболее напряженного твэла при кипении воды в ТК определяется по предельно допустимой температуре топлива при условии косинусоидального закона энерговыделения

(1)

Максимальный перепад температуры на топливном сердечнике

Полная мощность наиболее напряженного ТК

(2)

2. Число ТК

Эффективный диаметр активной зоны

(3)

3. Расход воды через реактор находят с учетом второго лимитирующего фактора – запаса до критической мощности ТК.

Система уравнений состоит из уравнения материального баланса , где , , уравнения теплового баланса

. (4)

Расход питательной воды определяется выражением

(5)

; /

Из уравнения смешения

(6)

определяются

; . (7)

Схема последовательных приближений при расчете и :

4. Гидравлический расчет испарительного контура реакторной установки состоит из предварительных операций (выбор характерного контура, назначение элементов контура и определение их коэффициентов сопротивления) и определения перепадов давления на каждом участке и сопротивления контура . На длине ТВС в расчете учитывают два участка: экономайзерный и кипящий. Число циркуляторов выбирается в соответствии с расходом воды через реактор.

Поверочный расчет твэла максимальной мощности. Расчет состоит в определении распределения по длине температуры теплоносителя, стенки твэла, поверхности и центра топливного сердечника.

При косинусоидальном тепловыделении для стержневого твэла

; (8)

для трубчатого

. (9)

Энтальпия теплоносителя

(10)

и относительная энтальпия

.

Температура поверхности твэла

.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формулам для трех зон теплоотдачи: ковективной (); пристенного кипения (; ); развитого кипения ().

Перепад температуры на оболочке твэла:

- для стержневого твэла

; (11)

- для трубчатого твэла

. (12)

Перепад температуры на зазоре стержневого твэла

. (13)

Перепад температуры на топливе:

- для стержневого твэла

; (14)

- для трубчатого твэла

. (15)

Поверочный расчет коэффициента запаса до крититической мощности. Для заданных режимных параметров (температура теплоносителя на входе, расход теплоносителя, мощность канала и ее распределение вдоль канала, давление в бараран-сепараторе) определяется плотность теплового потока , критическая плотность теплового потока и их отношение для нескольких сечений по высоте активной зоны.

Затем расчет повторяется при ступенчатом увеличении мощности канала до тех пор, пока отношение не станет равным единице в одном из сечений активной зоны: эта мощность принимается за критическую .

Коэффициент запаса до критической мощности определяется по формуле

. (16)

Дисперсия мощности канала равна равна

, (17)

где - предельная ошибка поддержания мощности реактора стержнями АР; - предельная ошибка в определении мощности реактора по тепловому балансу; - предельная ошибка измерения мощности канала.

Дисперсия критической мощности канала равна:

, (18).

где - предельная ошибка измерения расхода через канал; - предельная ошибка измерения давления на входе в канал; - предельная ошибка измерения температуры теплоносителя на входе в канал; - предельная ошибка формулы для определения .

Коэффициенты влияния , , определяются при вариации режимных параметров.

Температура графитового замедлитля (рисунок 2).

Рисунок 2 – Распределение температуры в графитовом замедлителе:

1 – теплоноситель; 2 – труба; 3 – втулка; 4 – блок.

 

Тепло, выделяющееся в графитовом замедлителе (его ), отводится к теплоносителю через газовые и контактнык зазоры между графитовыми элементами и трубой, несущей давление.

Квадратное сечение графитового блока заменяется кругом с диаметром .

Максимальная плотность тепловыделения в графите

 

; . (19)

Максимальная температура в графите складывается из перепадов:

; ; (20)

; ;

.

Перепад температуры на высокотемпературном зазоре определяется с учетом потока излучения

(21)

и изменения величины газового зазора вследствие различного температурного расширения блока и втулки

, где ;

.

Задача решается методом последовательных приближений.

 

Выше использованы следующие обозначения: , - высота, эквивалентная высота активной зоны, м; - коэффициент неравномерности тепловыделения по оси реактора; - коэффициент теплоотдачи при кипении; - теплопрводность оболочки твэла; - средняя теплопроводность топлива; - число твэлов в ТК; - коэффициент неравномерности тепловыделения по сечению ТК; - доля тепла, выделяющаяся в твэлах (); - доля ТК из общего числа ячеек активной зоны (); - кратность циркуляции; - коэффициент неточности дросселирования (); - доля расхода на продувку (); - коэффициент неравномерности энерговыделения в ТК по группе (); - шаг квадратной решетки ТК в активной зоне; - коэффициент азимутальной неравномерности тепловыделения; - коэффициент неравномерности теплового потока из замедлителя в трубчатый твэл ().