Проверка теплотехнической надёжности активной зоны

2.3.1. Расчёт максимальной температуры оболочки ТВЭЛ

Таблица 2.6

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчётная формула	Числовое значение
	Энтальпия кипящей воды		кДж/кг	f(Pт;ts) – справ. данное, [8]
	Периметр теплообмена ТВЭЛ в сборке и кожуха ТВС	Пт	м
	Эквивалентный диаметр пучка ТВЭЛ	dэкв	м
	Плотность воды при средней температуре ТН		кг/м3
	Удельный объём кипящей воды		м3/кг	f(Pт) – справ. данное, [8]
	Плотность кипящей воды		кг/м3
	Удельный объём сухого насыщенного пара		м3/кг	f(Рт) – справ. данное, [8]
	Плотность сухого насыщенного пара		кг/м3

Продолжение таблицы 2.6

	Распределение теплового потока по высоте ТВЭЛ	q(Zi)	кВт/м2
	число участков разбиения ТВЭЛ по высоте	i	-	принято (например 20)
	Высота соответствующего участка	Zi	м
	Энтальпия ТН, при которой температура оболочки постоянна		кДж/кг
	Периметр теплообмена ТВС		м
	Энтальпия ТН по длине ТВС	iт(Zi)	кДж/кг	См. примечание к табл. 2.6
	Полное поперечное сечение ТВЭЛ в пучке	SТВ	м2
	Плотность решётки стержней		-
	Коэффициент заполнения пучка ТВЭЛ		-
	Эффективный диаметр	d	м
	Кинематическая вязкость		м2/с	f(Tср;Pт) – спав. данное, [8]
	Критерий Re	Re	-

Продолжение таблицы 2.6

	Критерий Pr	Pr	-	f(Tср;Pт) – спав. данное, [8]
	Теплопроводность ТН			f(Tср;Pт) – спав. данное, [8]
	Коэффициент теплоотдачи
	Термическое сопротивление теплоотдачи
	Удельная теплоёмкость ТН	Ср
	Координата точки по длине ТВЭЛ, в которой достигается max температура оболочки	ZОБ	м
	Максимальная температура оболочки ТВЭЛ		˚С	См. примечание к табл. 2.6
	Допускаемая температура оболочки ТВЭЛ		˚С	См. примечание к п. 2.3.1
	Условие теплотехнической надёжности			≤

ПРИМЕЧАНИЕ к п. 2.3.1

1. i_т(Z_i) = ,

2. =

3. Значения коэффициента теплопроводности материалов

Таблица 2.7

Материал оболочки	Температура,˚С
Цирконий	19,3	20,1	20,5	20,9
Нержавеющая сталь	17,6	18,8	21,4	23,0

4. Значения коэффициента теплопроводности ядерного топлива UO₂ ( λ_топл. ), вт/м·град

Таблица 2.8

	Температура,˚С
UO2	4,4	3,0	2,3	2,4	3,2	3,7

5. [t_об] _доп = (360-380) ˚С – для нержавеющей стали

1) Зона по высоте делится на некоторое число участков и для каждой из промежуточных точек определяется q(Z_i), , i_т(Z_i).

2) Все значения, полученные в ходе расчёта максимальной температуры оболочки ТВЭЛ (п.п. 9, 10 и 12), для удобства дальнейшего пользования необходимо свести в единую таблицу

№ участка i				……	i
Z, м
q (Z), кВт/м2
iпк(Z), кДж/кг
iт(Z), кДж/кг

По полученным результатам в координатах i-Z строим графики зависимостей i_пк(Z) и i_т(Z), по которым определяем, происходит ли теплообмен между ТН и ТВЭЛ без поверхностного кипения. ( рис. 2.5)

3) Если поверхностное кипение имеет место, то рассчитывается коэффициент теплоотдачи в области поверхностного кипения и температура оболочки .

4) Предельно допустимые значения температур оболочек, изготовленных из нержавеющей стали =(360÷380)˚С

Рис 2.3. Распределение температур в ТВЭЛ

Рис 2.4.Качественный график распределения температур по высоте зоны

Рис. 2.5. Определение границ участка поверхностного кипения

2.3.2. Расчёт максимальной температуры ядерного горючего

Таблица 2.7

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчётная формула	Численное значение
	Коэффициент теплопроводности оболочки			справ. данное
	Коэффициент теплопроводности горючего			справ. данное
	Термическое сопротивление оболочки
	Термическое сопротивление горючего ТВЭЛ
	Координата точки по длине ТВЭЛ, в которой достигается max температура горючего ТВЭЛ		м
	Максимальная температура горючего ТВЭЛ		˚С	См. приложение к таблице 2.7
	Допускаемая температура горючего ТВЭЛ		˚С	справ. данное
	Условие теплотехнической надёжности			≤

Примечание к 2.3.2.

Предельно допустимое значение температуры для UO₂ =2800˚С

Продолжение таблицы 2.7

=

Качественный график распределения температуры горючего

2.3.3. Расчёт запаса по кризису теплообмена

Таблица 2.8

№	Наименование величины	Обозна чение	Размер ность	Расчётная формула	Числ. знач.
	Теплота парообразования	r	кДж/кг	f(Pт) – справ. данное
	Относительная энтальпия потока в сечении Z	X(Zi)	-
	Критический тепловой поток	qкр(Zi)	МВт/м2
	Коэффициент запаса по кризису теплообмена	Ккр(Zi)	-

Примечание к п. 2.3.3.:

1) Коэффициент запаса по кризису теплообмена должен быть

2) Все значения, полученные в ходе расчёта запаса по кризису теплообмена (п.п. 2, 3 и 4), свести в единую таблицу

№ участка i	qкр(Z), МВт/м2	Ккр(Z)	X(Z)
. . .

По полученным результатам в координатах q-Z и K-Z строим графики зависимостей q_кр(Z), К_кр(Z) и q(Z)- данные из предыдущей таблицы. Все построения произвести в одной координатной плоскости.

Заключение

По результатам сравнения рассчитанных температур с предельно допустимыми делается заключение о степени теплотехнической надёжности активной зоны.