Определение геометрических характеристик

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: Ядерные энергетические реакторы

Тема: Теплогидравлический расчет реактора на быстрых нейтронах

Выполнил студент гр. В4297/1 : Чулко.

(подпись)

Проверил д.т.н. : Рассказов В.В.

(подпись)

«» 2014 г.

Сосновый Бор

Введение......................................................................................................................................... 3

1. Исходные данные:............................................................................................................... 4

2. Определение геометрических характеристик.................................................... 6

3.Определение теплогидравлических параметров активной зоны и бокового экрана........................................................................................................................................... 10

4. Заключение........................................................................................................................... 18

Список использованной литературы........................................................................ 19

Введение

Цель работы: выполнение теплогидравлического расчёта реактора на быстрых нейтронах с гелиевым теплоносителем заданной мощности, соответствующего критериям надежности и безопасности.

Преимущества гелиевого теплоносителя перед натриевым состоит в том, что он практически не поглощает и не рассеивает нейтроны. Поэтому гелий не активируется, проходя через активную зону, и не смягчает спектр нейтронов. А это в конечном итоге упрощает биологическую защиту, повышает коэффициент воспроизводства, заметно уменьшает время удвоения по сравнению с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Использование гелия позволяет перейти к двухконтурной схеме отвода тепла при наличии обычного парового цикла, а в перспективе – и к прямой одноконтурной схеме с газовой турбиной.

Реакторами прототипами выбраны реакторы БГР-300 и БН-800.

1. Исходные данные:

Тепловая мощность реактора: Q_тепл = 1000 × 10⁶ Вт

Теплоноситель: гелий 7 атм.

Конструкционные материалы: сталь

Температура теплоносителя на входе в активную зону: t_вх = 375 ⁰С

Температура теплоносителя на выходе из активной зоны: t_вых = 565 ⁰С

Топливо: UC (карбид урана)

Форма твс: шестигранная

Размер между центрами твс: s_твc = 9,88 × 10^-2 м

Зазор между твс: Δ_твc = 1,75*10^-3 м

Толщина корпуса твс: d_ТВС = 2 * 10^-3 м

Диаметр твэл в активной зоне: d_твэл = 6 * 10^-3 м

Диаметр твэл в боковом экране: d_{твэл.Б.Э} = 14 × 10^-3 м

Толщина оболочки твэл: d_об = 0,4×10^-3 м

Толщина газового зазора ТВЭЛ: d_г=0,13×10^-3 м

Число твэл в твс активной зоны: n_твэл = 157 шт

Число твэл в твс бокового экрана: n_твэл = 43 шт

Q_аз = 0,9*Q_тепл = 0,9 1500 × 10⁶ = 1350 × 10⁶ Вт

Q_тэ= 0,03*Q_тепл = 0,03 1500 × 10⁶ = 45 × 10⁶ Вт

Q_бэ = 0,07*Q_тепл = 0,07 1500 × 10⁶ = 105 × 10⁶ Вт

Параметры теплоносителя, топлива и конструкционных материалов [1]:

Основные характеристики гелия (He при 470^°С ,давлении 0,7 МПа):

плотность He: ρ_He = 0,4529 кг/м³

изобарная теплоемкость:

коэффициент теплопроводности: λ_He = 0,2941

динамическая вязкость гелия

число Прандтля: при температуре теплоносителя 470 °С - Pr₄₇₀=0,644

Основные характеристики монокарбида урана:

коэффициент теплопроводности

температура плавления T_пл=2250 °С

Коэффициент теплопроводности конструкционных материалов

Определение геометрических характеристик

Размеры активной зоны:

Объем активной зоны реактора:

(2.1)

где q_v – теплонапряженность.

Примем q_v =40 [МВт/м ³]

25 [м³]

Коэффициент уплощения активной зоны:

(2.2)

путем подбора определён коэффициент уплощения

Диаметр активной зоны:

Высота активной зоны:

ТВС в активной зоне (АЗ) располагаются симметрично внутри шестигранной призмы. Для определения толщины бокового экрана предположим, что имеет как минимум 3 ряда ТВС (n_ряд=3). Тогда толщину бокового экрана, исходя из геометрических построений, находим по формуле:

Толщину торцевого экрана примем с коэффициентом пропорциональности соответствующим БН k_тэ=0.45:

Площадь бокового экрана:

Эффективную добавку по оси активной зоны принимается

Экстраполированная высота, вдоль которой идёт тепловыделение с максимумом в центральной плоскости и нулевым значением на торцах:

H = Н₀ + 2δ (2.8)

H = 2,522 + 2·0.18 = 2,882[м]

Площадь сечения ячейки активной зоны:

Число ячеек в активной зоне:

В целях обеспечения шестигранной симметрии расположения ТВС примем N=1216

Число ячеек бокового экрана:

В целях обеспечения равномерного заполнения объёма цилиндрического реактора принимается

Проходное сечение ТВС активной зоны:

Гидравлический периметр ТВС активной зоны:

Гидравлический диаметр ТВС активной зоны:

Проходное сечение ТВС бокового экрана:

Гидравлический периметр ТВС бокового экрана:

Гидравлический диаметр ТВС бокового экрана:

Тепловой периметр ТВС активной зоны:

Тепловой периметр ТВС бокового экрана: