Определение тепловых потоков и расхода теплоносителя

1. Задается тепловая мощность реактора

Qт = 3000 МВт

2. Объем активной зоны

где qV = 110 - по прототипу.

3. Геометрические характеристики активной зоны

Высота активной зоны (стандартные ТВС) H0 = 3,5 м

Диаметр активной зоны

4. Размеры элементарной ячейки

В качестве элементарной ячейки выбирается стандартная ТВС ВВЭР-1000 - шестигранник.

Размер под ключ hкл = 0,234 м

Площадь ячейки

5. Число ТВС в активной зоне реактора

6. Технические характеристики ТВС

1. Центральная труба: nц = 1 шт; dц = 13,3 мм

2. Твэлы: nтв = 312 шт; d2 = 9,1 мм

3. Направляющие трубки стержней СУЗ nр = 18 шт; dр = 12,6 мм

4. Проходное сечение теплоносителя

5. Гидравлический периметр и гидравлический диаметр ячейки

6. Тепловой периметр и тепловой диаметр ячейки

7. Толщина оболочки твэла

где d1 = 7,7 мм - внутренний диаметр оболочки твэла;

8. Средний диаметр оболочки

9. Толщина газового зазора

где dc = 7,5 мм - наружный диаметр топливной таблетки;

d0 = 1,4 мм - внутренний диаметр топливной таблетки.

10. Шаг решетки S = 12,75 мм.

7. Эффективные размеры активной зоны

Эффективная добавка d = 0,08 м (для водяного замедлителя)

Эффективная высота активной зоны H = H0 + 2d = 3,66 м.

8. Тепловой поток на единицу длины твэла

- линейный тепловой поток.

ql0 - энерговыделение на единице длины твэла в наиболее напряженном месте (середина активной зоны (z = 0)). Рассчитывается для среднего и наиболее энергонапряженного твэла.

- для усредненного твэла.

- для наиболее энергонапряженного твэла.

- неравномерность энерговыделения по высоте.

KV = 2,8 - неравномерность энерговыделения по объему (из прототипа).

9. Тепловая нагрузка на единицу поверхности твэла (поверхностный тепловой поток)

= 0,94…0,95 - коэффициент, учитывающий часть энергии, которую снимает теплоноситель (5…6 % уходит за счет излучения).

10. Расход теплоносителя на 1 твэл

DТт = Твых - Твх = 32 0С - подогрев теплоносителя в активной зоне

p = 16 МПа - среднее давление в активной зоне.

cp = 5,67 - средняя изобарная теплоемкость.

Определение характерных температур

1. Энтальпия теплоносителя

где hвх = 1285

2. Относительная энтальпия

где h’ и h” - энтальпии воды и пара в состоянии насыщения при давлении p.

3. Температура таплоносителя

где Tвх = 290 0C - температура на входе в активную зону.

4. Температура внешней поверхности оболочки

a - коэффициент теплообмена. Определяется из критерия Nu

А - коэффициент, учитывающий геометрию потока.

- для пучка твэлов.

- средняя скорость теплоносителя.

r = 680 - средняя плотность теплоносителя в активной зоне

Определяется по средней температуре

5. Температура на внутренней поверхности оболочки

- коэффициент теплопроводности оболочки из Zr.

6. Температура наружной поверхности топливного стержня

aз - коэффициент теплообмена между топливом и оболочкой. Определяется по зависимости , где

6. Температура внутренней поверхности топливного стержня

lс = f(Q) - теплопроводность топлива, как функция от температуры

- для UO2

Определение критического теплового потока

При определении температур видно, что при тепловом потоке для усредненного твэла температура нигде не превышает температуру насыщения, поэтому критический тепловой поток определяется для наиболее энергонапряженного твэла.

1. Относительная энтальпия в точке начала кипения

где

2. Точка начала поверхностного кипения

Поверхностное кипение начинается при xнк = -0,1

По графику зависимости zнк = f(xнк) определяем zнк.

zнк» 0,57 м (для реактора ВВЭР-1000)

3. Критический тепловой поток

- обобщенное массовое паросодержание.

l = zнк

6. Коэффициент запаса до кризиса теплообмена

K(z) < Kmin = 1,3

Определение потерь давления теплоносителя в активной зоне

1. Потери давления на трение

где - коэффициент трения пучка твэлов.

а - коэффициент геометрии решетки.

- для треугольной решетки с .

где m0 и mст - динамическая вязкость теплоноителя при средней температуре теплоносителя и при температуре стенки твэла.

Dpтр = 57 кПа - для наиболее энергонапряженного твэла.

Dpтр = 56 кПа - для усредненного твэла.

2. Потери на местных сопротивлениях

xм = 0,5 - для одной дистанционирующей решетки.

В реакторе ВВЭР-1000 nреш = 15 - число решеток.

Dpм = 91 кПа - для наиболее энергонапряженного твэла.

Dpм = 87 кПа - для усредненного твэла.

3. Нивелирные потери

Dpнив = r g H0

Dpнив = 23 кПа - для наиболее энергонапряженного твэла.

Dpнив = 24 кПа - для усредненного твэла.

4. Суммарные потери давления в активной зоне

Потери давления на ускорение в реакторах ВВЭР отсутствуют.

Dp = 171 кПа - для наиболее энергонапряженного твэла.

Dp = 167 кПа - для усредненного твэла.

Очевидно, что потери давления в активной зоне составляют» 1 % от давления теплоносителя, поэтому в оценочных расчетах ими можно пренебречь.