Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние моделирования процессов гидродинамики и теплообмена в активных зонах ядерных реакторов 11
1.1. Методы моделирования и программные коды 11
1.2. Теплогидравлика активных зон в поканальном приближении 13
1.3. Описание тепловых и гидродинамических процессов с помощью CFD моделей 17
1.3.1. Модели турбулентности, используемые в CFD кодах 19
1.3.2. Вычислительные ресурсы и характер сходимости при
использовании различных моделей 28
1.4. Приближение модель пористого тела 29
Выводы к главе 1 33
2. Математические модели пространственной нейтронной кинетики и нестационарной трехмерной теплогидродинамики 35
2.1. Модель пространственной нейтронной кинетики 35
2.2. Многоуровневая модель нестационарных трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реакторов с однофазным теплоносителем и бесчехловыми ТВС 40
Выводы к главе 2 54
3. Описание программного кода sketch-thehyco-3DT 56
3.1. Анализ пространственно-временных методов дискретизации и численного решения уравнений движения 56
3.2. Построение смещенных сеток в квадратной регулярной геометрии и дискретизация уравнений сохранения 61
3.3. Блок-схема программного комплекса SKETCH-THEHYCO-3DT 68
Выводы к главе 3 74
4. Верификация программного комплекса: расчет тестовых задач и эксперимента 75
4.1. Стандартная тестовая задача ФЭИ 75
4.1.1. Общее описание экспериментальной модели 75
4.1.2. Методика проведения экспериментов 78
4.1.3. Обработка экспериментальных данных 79
4.1.4. Сравнение расчетных данных с экспериментальными результатами 85
4.2. Сравнение результатов расчета реактора БРЕСТ-300-ОД с расчетными проектными данными 93
4.2.1. Сценарии проектных аварийных режимов 94
4.2.2. Результаты сравнительных расчетов полученных на программных комплексах HECTAP-DYNA и SKETCH-THEHYCO 97
Выводы к главе 4 102
5. Расчетное исследование аварийных процессов в а.з. рубрест 2400 с целью обоснования ее безопасности 103
5.1. Общие сведения о реакторе БРЕСТ 103
5.2. Аварийные ситуации, рассматриваемые при проектировании реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением 105
5.3. Стационарный режим работы реактора на полной мощности 106
5.4. Ввод максимальной положительной реактивности (TOP WS) 108
5.5. Потеря принудительной циркуляции свинца (LOF WS) 112
Выводы к главе 5 119
Заключение 121
Список использованной литературы
- Теплогидравлика активных зон в поканальном приближении
- Многоуровневая модель нестационарных трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реакторов с однофазным теплоносителем и бесчехловыми ТВС
- Построение смещенных сеток в квадратной регулярной геометрии и дискретизация уравнений сохранения
- Сравнение результатов расчета реактора БРЕСТ-300-ОД с расчетными проектными данными
Введение к работе
Современный уровень анализа безопасности проектируемых ЯЭУ нового поколения требует проведения широкого спектра теплогидравлических расчетов переходных процессов в штатных режимах работы реактора и аварийных ситуациях. При проведении подобных расчетов, особенно на этапе предварительных проработок, проектировщики вынуждены ограничиваться использованием упрощенных моделей. Такая практика оправдывается необходимостью рассмотрения многочисленных вариантов, а также тем, что для расчета аварийных ситуаций по сложным трехмерным программам требуются значительные вычислительные затраты. Однако, использование упрощенных моделей возможно лишь для ограниченного круга переходных процессов и только в том случае, если параметры упрощенных моделей корректно рассчитываются по полномасштабным трехмерным программам. В настоящее время проекты перспективных реакторных установок (РУ) [1, 25, 51, 86] отличаются все более сложными конструкциями активных зон (бесчехловые ТВС, внутрикассетная гетерогенность, различные системы профилирования потока теплоносителя, интенсификация теплообмена и др.). Все это призвано повысить уровень безопасности РУ и улучшить их эксплуатационные характеристики. В свою очередь усложнение конструкции ужесточает требования к применяемым моделям и реализующим их компьютерным кодам.
На данный момент существует два подхода к моделированию гидродинамики и теплообмена, основанные на основании теплогидравлических или CFD (Computational Fluid Dynamics) кодов. Первые характеризуются гидравлической одномерной или квазиодномерной реализацией, всережимностью, обеспечиваемой встроенной картой режимов, недостаточным учетом турбулентного характера движения, высокой степенью эмпиризма и наличием большого количества подгоночных параметров. Вторые-гидродинамической трехмерной реализацией, учетом турбулентного характера
движения, достаточно детальным описанием структуры многофазного потока, существенно меньшей степенью эмпиризма по сравнению с теплогидравлическими кодами.
Основными методами моделирования гидродинамики и теплопереноса в сплошной фазе являются: решение осредненных уравнений движения и энергии (Reynolds Averaged Navier-Stokes - RANS); двухпараметрические модели типа к-є (линейные и нелинейные модели турбулентной вязкости, алгебраические модели рейнольдсовых напряжений); уравнения для рейнольдсовых напряжений, решение неосредненных нестационарных уравнений движения и энергии; прямое численное моделирование (Direct Numerical Simulation - DNS); метод крупных вихрей (Large Eddy Simulation - LES); комбинированный метод - LES+ RANS [61, 72, 137]. Все эти модели либо требуют серьезных вычислительных затрат, что препятствует их широкому распространению, либо используют допущения и осреднения, которые затрудняют обоснованный выбор какой-то из них при решении прикладных задач. В настоящее время имеется ряд универсальных сертифицированных программных комплексов (не учитывающих нейтронно-физические процессы), которые позволяют моделировать нестационарные трехмерные переходные процессы в активных зонах реакторов. Также имеются узкоспециализированные программы, позволяющие учесть особенности конструкции каждого типа реактора. В большинстве из них используется поканальная методика, выделение преимущественного направления течения потока, а учет трехмерности достигается путем введения коэффициентов межканального обмена. В случае компоновки активной зоны из бесчехловых ТВС при возникновении аварийного режима могут наблюдаться значительные боковые перетечки теплоносителя, что приводит к необходимости использования полноценных трехмерных моделей.
Изложенное выше определяет актуальность решения задачи
полномасштабного трехмерного нейтронно-физического и
теплогидродинамического моделирования переходных и аварийных процессов в активных зонах реакторов.
Целью работы является разработка совместного нейтронно-физического и тепло-гидродинамического программного комплекса, учитывающего особенности компоновки активной зоны перспективных реакторов («широкая решетка» твэлов, бесчехловая компоновка ТВС, профилирование за счет проходного сечения, однофазный теплоноситель) и расчетные исследования по изменению полей температур и скоростей в активных зонах реакторов типа БРЕСТ в различных эксплуатационных и аварийных режимах.
Задачи исследования:
разработка методической части моделирования нестационарных трехмерных теплогидравлических процессов в активной зоне реакторов типа БРЕСТ;
создание программного комплекса совмещающего нейтронно-физический и тепло-гидродинамический расчет активной зоны;
тестирование программного комплекса путем сравнения с результатами эксперимента, полученными на модельной сборкой ФЭИ, и результатами расчета по программным комплексам, использующимся на стадии проектирования, для ряда проектных аварийных процессов реактора типа БРЕСТ-ОД-300, предоставленными НИКИЭТ;
расчет проектных аварийных режимов для реактора БРЕСТ-2400 и определение предельно допустимых значений теплогидравлических параметров элементов активной зоны реактора БРЕСТ-2400, важных для обеспечения безопасности.
Достоверность результатов подтверждается согласием экспериментальных и расчетных данных; сравнением проектных данных с полученными в результате работы; выявлением общих закономерностей, соответствующих теплогидравлическим процессам в каналах сложной формы при течении жидких металлов.
Научная новизна работы
Разработана уточненная математическая модель анизотропного пористого тела для решения инженерных задач расчета теплогидравлических процессов в активной зоне современных перспективных реакторов типа БРЕСТ, которая позволяет исследовать трехмерное нестационарное течение однофазного теплоносителя в активных зонах набранных из бесчехловых ТВС. Модель учитывает возможное изменение проходного сечения ТВС вплоть до его полной блокировки.
На базе созданной математической модели разработана методика расчета и трехмерный компьютерный код THEHYCO-3Dt. Данный код был интегрирован в полномасштабный нестационарный нейтронно-физический и теплогидравлический программный комплекс SKETCH-THEHYCO, позволяющий проводить комплексный расчет стационарных, переходных и аварийных режимов, с учетом эффектов обратных связей.
Проведены расчетные исследования по влиянию обратных связей по температурам топлива и теплоносителя, а также плотности теплоносителя. Подтверждены заложенные конструктивные особенности по безопасности активной зоны реактора, такие, как отрицательные коэффициенты реактивности по температуре топлива и теплоносителя.
Для обоснования безопасности реакторной установки типа БРЕСТ-2400 выполнены расчетные моделирования аварийных процессов LOF WS, TOP WS и комбинация этих режимов. Получены новые данные по обоснованию проектных пределов.
Дано количественное описание эффектов локального снижения температур при блокаде проходного сечения ТВС за счет наличия существенных боковых перетечек теплоносителя, образования вихрей и эффекта обратного течения.
Практическая ценность и внедрение результатов исследования
Разработанный программный комплекс был использован при выполнении НИР МГТУ им. Н.Э. Баумана «Аналитическое и расчетное обеспечение
проектных решений АЭС с реактором БРЕСТ большой мощности (БРЕСТ-2400) и газотурбинным циклом преобразования энергии» номер государственной регистрации 01.2003 09281. Полученные результаты работы могут использоваться для обоснования безопасности активной зоны реакторов типа БРЕСТ, а также актуальны для исследования реакторов имеющих бесчехловую компоновку ТВС (ВВЭР). Автор защищает:
Модернизированную модель для описания теплогидродинамических процессов с учетом компоновки реакторов типа БРЕСТ.
Полномасштабный совместный нестационарный трехмерный нейтронно-физический и тепло-гидродинамический программный комплекс для расчетных исследований полей температур, скоростей и давлений в активной зоне реакторов типа БРЕСТ.
Полученные расчетные значения тепло-гидродинамических характеристик активной зоны реактора БРЕСТ-2400.
Апробация работы
Научная сессия МИФИ, Москва, 2003
Международная конференция «Российский научно-технический форум» Ядерные реакторы на быстрых нейтронах», ФЭИ, Обнинск, 2003
11-е международное совещание рабочих групп по теплогидравлике усовершенствованных ядерных реакторов, Обнинск, 2004
2-я Курчатовская молодежная школа, Москва, 2004
Научная сессия МИФИ, Москва, 2004
Научная сессия МИФИ, Москва, 2005
Межотраслевая тематическая конференция «Теплогидравлические аспекты безопасности ЯЭУ с реакторами на быстрых нейтронах», Теплофизика-2005, Обнинск, 2005
Семинар «Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики", Нейтроника-2006, Обнинск, 2006
Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах и ряде отчетов о НИР.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем диссертации - 146 страниц, включая 58 рисунков, 22 таблиц и список цитированной литературы из 189 наименований на 23 страницах.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяются цели и задачи исследования, приводится общая характеристика работы.
В первой главе - «Современное состояние моделирования процессов в активных зонах» - приводятся: обзор методик расчета теплогидравлических характеристик активных зон реакторов, обзор математических моделей и программных кодов основанных на них, а также задачи и проблемы численного моделирования теплогидродинамических процессов при бесчехловой компоновке ТВС.
Во второй главе - «Математическая модель пространственной нейтронной кинетики и нестационарной трехмерной теплогидродинамики» - описываются применяемые тепло- и нейтронно- физические модели.
В третьей главе представлены анализ численных методов решения уравнений теплогидравлики и описание программного комплекса SKETCH-THEHYCO-3Dt, основанного на приближении модели пористого тела.
В четвертой главе в целях верификации проводится сравнение результатов расчета стандартной тестовой задачи ФЭИ и результатов полученных при проектном расчете реактора БРЕСТ-ОД-300 с использованием программного кода НЕСТАР, разработки НИКИЭТ.
В пятой главе разработанный программный комплекс применяется для расчета эксплуатационных и проектных аварийных режимов реактора БРЕСТ-
2400. Рассматриваются аварии с блокадой проходного сечения и вводом положительной реактивности.
В заключении приведены основные результаты и выводы, намечены пути дальнейшего развития программы.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В АКТИВНЫХ ЗОНАХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
Теплогидравлика активных зон в поканальном приближении
Поканальная методика расчета ориентирована на теплогидравлические системы, которые можно мысленно разбить на систему соосных каналов.
При традиционном способе разбиения проходного сечения пучка стержней границы между каналами образуются линиями, соединяющими центры соседних стержней. Другой способ разбиения предполагает, что граница раздела между каналами проходит через линии максимальных скоростей (линии с нулевым касательным напряжением). Возможно, второй способ разбиения более эффективен для раздвинутых решеток (s/d 2) [22]. Однако недостаток данных по межканальному обмену усложняет использование данного разбиения в расчетных программах.
На рис. 1.1 и 1.2 приведены примеры описанных выше способов разбиения проходного сечения пучка стержней на отдельные каналы при различных способах расположения стержней. Треугольная решетка Квадратная решетка Проходное сечение канала Рис. 1.1. Общепринятый способ разбиения проходного сечения пучка стержней на каналы расположения стержней расположения стержней Треугольная решетка Квадратная решетка расположения стержней расположения стержней Проходное сечение канала Рис. 1.2. Способ разбиения проходного сечения пучка стержней на каналы по линиям максимальных скоростей
Обычно для каждого канала записывается система одномерных дифференциальных уравнений переноса массы, энтальпии и продольной составляющей импульса, усредненных по поперечному сечению канала.
Основным приближением поканальной методики расчета является упрощенная запись уравнения переноса поперечной составляющей импульса. С помощью данного уравнения находится поперечный расход или скорость теплоносителя в зазорах между каналами. Ниже приводится описание основных методик расчета поперечного расхода, при этом будут указаны наименования программ, использующих данные методики. Более подробное представление программ будет дано в последующих разделах.
В самой простой методике, позволяющей найти поперечный расход теплоносителя между каналами, вводится предположение изобарного сечения (программы ПУЧОК-1000, THINC-II, ВЯЗ-М). В соответствии с этим предположением давление теплоносителя в одном сечении пучка твэлов для различных каналов одинаковое. Соответственно, должны быть равны и перепады давления на каждом слое: АРЙ=4РІ (1-І) где Apit - перепад давления в /-ом канале на А ом слое; Ар - перепад давления в первом канале на к-ом слое.
Из выражения (1.1) и из условия постоянства суммарного продольного расхода в сечении пучка твэлов находят значения поперечного расхода теплоносителя между каналами в каждом слое.
Более сложной является методика расчета поперечного расхода только по перепаду давления между каналами (программы COBRA, ПУЧОК-БМ): Щік mijk Рік - Pjk - bijk S2 2 p 5,: (1.2) где рік - давление в /-ом канале в к-ом слое; /?д - давление ву -ом канале в к-ом слое; ук - коэффициент гидравлического сопротивления зазора между каналами / и у на к-ом слое; тцк - поперечный расход в зазоре между каналами / и j на А ом слое, приходящийся на единицу длины; р - средняя плотность теплоносителя между каналами; 8,у - ширина зазора между каналами.
Однако при высокой продольной скорости заметным становится эффект инерции, который данная методика не учитывает [20].
В работе [15] на основании данных для однофазного теплоносителя авторы предложили формулу для расчета /, :
Данный способ расчета применен в программе НАМВО [8,9]. Следующим шагом Проходное сечение канала связи Проходное сечение упрощенного канала связи стал учет конвективного переноса поперечной составляющей импульса. Для этого необходимо ввести дополнительную Рис. 1.3 Способы разбиения проходного сечения пучка стержней на каналы связи систему каналов, так называемые каналы связи (рис. 1.3), по проходному сечению которых усредняется исходное дифференциальное уравнение переноса поперечной составляющей импульса. Разбиение проходного сечения ТВС на систему каналов связи происходит по линиям, соединяющим центры основных каналов с центрами соседних стержней. Однако первоначально в различных методиках рассматривались упрощенные каналы связи (см. рис. 1.3).
Многоуровневая модель нестационарных трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реакторов с однофазным теплоносителем и бесчехловыми ТВС
Многоуровневая модель нестационарных трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реакторов с однофазным теплоносителем и бесчехловыми ТВС
Для корректного теплогидродинамического расчета нестационарных режимов активных зон реакторов нового поколения, которые компонуются из бесчехловых сборок твэлов, необходимо использовать многоуровневые модели. В таких моделях, наряду с расчетом полей температур, скорости и давления во всей зоне в приближении пористого тела (уровень "активная зона"), одновременно, для всего времени переходного процесса в отдельных частях активной зоны, производится расчет локальных значений (уровень "ячейка-твэл") и/или осредненных по сечению ячеек температур, скорости и давления (уровень "сборка твэлов"). Решение задач более детального уровня позволяет определить эффективные коэффициенты переноса импульса и энергии, сопротивления потоку жидкости, теплоотдачи и термического сопротивления твэла, и тем самым замкнуть систему уравнений сохранения в пористом теле. Многоуровневый расчет позволяет корректно учитывать временные зависимости эффективных коэффициентов переноса. Эффективные коэффициенты могут быть получены также из экспериментальных данных.
В приближении пористого тела активная зона реактора представляет собою многокомпонентную пористую среду. Количество компонент определяется на этапе постановки задачи и может быть достаточно произвольным. Для определенности предположим, что активная зона состоит из следующих компонент: однофазный теплоноситель; тепловыделяющие элементы нескольких типов (к = \,...,type); конструкционные элементы.
В принятой модели пористого тела среднее значение произвольного параметра Ф определяется как (Ф) = — OdV (далее все знаки осреднения опущены). В таком представлении объем осреднения V состоит из следующих частей где Vf,Vk, Vconstruct - части объема V приходящиеся на теплоноситель, твэлы к-то типа и конструкционные элементы, соответственно.
Так как доля конструкционных элементов в зоне невелика и плотность энерговыделения в них мала, то распределение по активной зоне средней температуры конструкционных элементов ТС01Шгиа принимается равным распределению средней температуры теплоносителя 7}.
Уравнения сохранения массы, импульса, энергии и уравнение состояния теплоносителя в модели пористого тела имеют следующий вид: ll+av{efPfu)=0, (2.17) дт - + div(SfPfuui)=div{a)-Fi-Sf(gradP,ei)+sfPfgi, (2.18) efPfTf +div(8fPfnTf)\ = -div(q)+qv, (2.19) Л дт Pf=Pf{p,Tf), (2.20) vf где ef = —-пористость по теплоносителю; т-время; pf -плотность теплоносителя; а -вектор скорости теплоносителя; д -тензор напряжений, содержащий эффективную вязкость теплоносителя ц .; Fj =K upoGкщiя силы сопротивления потоку жидкости; Р-давление теплоносителя; ,. единичный направляющий вектор Ш координаты; g, /M проекция ускорения свободного падения; сг-теплоемкость теплоносителя; #-вектор теплового потока; -эффективная плотность энерговыделения в теплоносителе.
Уравнения сохранения энергии в твэлах можно записать двумя способами: В первом, как было отмечено выше, твэлы рассматриваются на уровне "активная зона" как твердые компоненты пористого тела. Тогда выражение, определяющее эффективную плотность энерговыделения в теплоносителе, вызванную процессом теплоотдачи с поверхности тепловыделяющих элементов имеет вид type . . к=\ где А -число твэлов к-то типа в единице объема пористого тела; 7jt -средняя S 1 температура к-то типа твэлов; aVi =-L——:— - объемный коэффициент теплопередачи от твэлов к-то типа к теплоносителю, Sk -площадь поверхности к-го типа твэла, ак -локальный коэффициент теплоотдачи от твэлов к-то типа к теплоносителю, -термическое сопротивление между поверхностью и точкой со средней с весом рс температурой твэла к-то типа.
Построение смещенных сеток в квадратной регулярной геометрии и дискретизация уравнений сохранения
При решении нестационарной, трехмерной системы уравнений в частных производных с переменными коэффициентами и сложными обратными связями (2.17)-(2.21)/(2.21а) для вязкой, сжимаемой жидкости, была использована идея метода маркеров и ячеек (Харлоу и Уэлш,1965). В этом методе вместо решения уравнения сохранения массы (2.17) решается уравнение Пуассона для давления. Причем дискретный аналог уравнения Пуассона является линейной комбинацией дискретных аналогов исходных уравнений движения в частных производных. Дискретный аналог, построенный непосредственно из уравнения Пуассона в частных производных, в общем случае не согласуется с дискретными аналогами исходных уравнений движения.
В качестве контрольных объемов (к.о.) рассматривались прямоугольные параллелепипеды (для геометрии БРЕСТа - прямые призмы, в основании которых лежит квадрат). Система к.о. для продольной проекции импульса смещена на полшага относительно основной системы к.о. Наличие смещенных разбиений позволяет обеспечить устойчивость решения конечно-разностных уравнений.
Основная идея и преимущество использования смещенных сеток заключается в том, что уравнения движения решаются только для проекций импульса ортогональных к граням основного контрольного объема (плотность, температура, давление). При правильном выборе смещенных сеток таких проекций оказывается достаточно для описания переноса массы, энергии, продольной и поперечных проекций импульса.
Выберем основную систему контрольных объемов как множество непересекающихся прямых призм, в основании которых лежит квадрат. Основная система контрольных объемов по определению обладает следующими свойствами: контрольные объемы целочисленно вложены в расчетную область; в узлах, расположенных в центрах к.о., определяются все искомые скаляры: плотность, температура, давление.
Выберем дополнительные к.о. (рис 3.1). Система к.о. для продольной проекции импульса образует множество непересекающихся прямых призм в основании которых лежит квадрат. Узлы системы для продольной проекции импульса лежат в центре торцевых граней к.о. основной системы и таким образом смещены в продольном направлении на полшага относительно узлов основной системы.
Проинтегрируем уравнения сохранения массы и энергии по к.о. основной системы. Используя теорему Гаусса - Остроградского для уравнений в дивергентной форме имеем: дискретный аналог уравнения сохранения массы: + где 1 - номер к.о., имеющего общую грань с расчетным к.о.; S1 - площадь 1 - ой грани к.о.; 8т - временной шаг; У я - объем к.о. основной системы. При этом имеется условие на границе а.з.: если поток теплоносителя направлен во внутрь а.з., то температура такого потока определяется из условия перемешивания в нижнем и верхнем коллекторе а.з.; если поток теплоносителя направлен наружу а.з., то температура такого потока равна температуре в к.о. на границе. Для дискретизации членов конвективного переноса массы и энергии используется схема против потока. Поперечные потоки энергии записываются через разности температур к.о., имеющих общую грань.
Дискретизация уравнения переноса продольной проекции импульса Используем МКО и неявную схему по времени для дискретизации уравнения сохранения продольной проекции импульса на дополнительной системе к.о. (рис. 3.3).
Проинтегрируем уравнения сохранения продольной проекции импульса по к.о. дополнительной системы. Используя теорему Гаусса - Остроградского для уравнений в дивергентной форме имеем:
Для дискретизации членов конвективного переноса продольной проекции импульса используется схема против потока. Поперечные потоки продольных проекции импульса записываются через разности продольных проекций к.о., имеющих общую грань с рассматриваемым объемом.
Дискретизация уравнения переноса поперечной проекции импульса
Используем МКО и неявную схему по времени для дискретизации уравнения сохранения поперечной проекции импульса на основной системе к.о. (рис. 3.2.).
Проинтегрируем уравнения сохранения поперечной проекции импульса по к.о. основной системы. Используя теорему Гаусса - Остроградского для уравнений в дивергентной форме имеем: МТ+А -М /" ХУ 1=1 АР ху т+Аг (3.10) где Я, - внешняя нормаль к грани к.о.; 5t- площадь / -ой грани к.о.; Ат временной шаг; и , иг - поперечные и продольные проекций скорости, соответственно; Vv, Vz - объем к.о. для поперечных и продольных проекций скорости, соответственно.
Для дискретизации членов конвективного переноса поперечной проекции импульса используется схема против потока. Для описания поперечного переноса поперечной проекции импульса используется трехточечный шаблон (рис.3.4.).
Сравнение результатов расчета реактора БРЕСТ-300-ОД с расчетными проектными данными
Имитаторы размещались в прямоугольной обечайке, которая монтировалась в цилиндрическом корпусе. Дистанционирование имитаторов осуществлялось нижней и верхней центрирующими решётками и поперечной дистанционирующеи решёткой, расположенной от начала энерговыделения на расстоянии 372 мм.
Длина области энерговыделения в сборке составляла /о=960 мм. Зазор между пристенными имитаторами и стенкой обечайки выбирался из условия обеспечения равенства подогревов теплоносителя в пристенных ячейках и ячейках соседнего ряда. В таблице 4.1 даются основные геометрические размеры модельной сборки.
Схема расположения имитаторов твэлов и термопар в ячейках модельной ТВС представлена на рис. 4.1. В верхнем (выходном) и нижнем (входном) коллекторах имелись распределительные стаканы для равномерного распределения теплоносителя в коллекторах (коллектора имеют по два противоположно расположенных патрубка под теплоноситель, что также способствовало равномерному распределению теплоносителя на его входе и выходе пучка имитаторов твэлов).
Имитаторы твэлов, дистанционирующая решётка, измерение температур
Измерительный имитатор твэла выполнялся поворотным в сальниковом уплотнении. На его поверхности в продольных пазах были заделаны 12 микротермопар, расположенных с шагом по азимуту Аф =30. Материал измерительного имитатора (сталь 20) позволял осуществлять достаточно строгое (хотя и приближённое) тепловое моделирование твэлов реактора типа БРЕСТ, когда равенство параметра эквивалентной теплопроводности Б = 1,3-=-1,4 для твэла и имитатора выполнялось с достаточной точностью.
Неизмерительные имитаторы твэлов выполнялись неподвижными. Нагреватели имитаторов представляли собой спирали из нихромовой проволоки, обеспечивавшие постоянный по высоте и периметру имитатора тепловой поток. Хвостовики (токоподводы), через которые осуществлялся электропитание, уплотнялись в нижнем коллекторе.
Дистанционирующая решётка представляла собой каркас из вставленных одна в другую пластин толщиной 1.2 мм (степень затеснения проходного сечения под теплоноситель 8 20%). Они образовывали квадратные ячейки, к стенкам которых крепились миниатюрные пружинные выступы, контактировавшие с гладкими имитаторами твэлов и таким образом дистанционировавшие их (толщина пластинок, из которых выполнены выступы, составляет 0,3 мм). На каждую ячейку в центральной зоне модельной сборки приходилось по 12 выступов: четыре по периметру, по три - на образующей в узком сечении между твэлами. В зоне периферийных ячеек к каркасу решётки крепилось по одному дистанционатору, расположенному посредине высоты решётки и имеющему высоту 0.4 мм. Высота дистанционирующей решётки составляла 38 мм. Параметры сборки с дистанционирующей решеткой указаны в таблице 4.2.
Измерение температур поверхности теплообмена осуществлялось в местах зачеканки спаев термопар в стенке имитатора с использованием поправки на глубину заделки спая. Ввиду высокой эффективной теплопроводности спая микротермопары (-28 Вт/мС) и материала стенки имитатора твэла (-52 Вт/мС), а также малой глубины заделки спая -0,15 мм, предполагалось распределение температуры по объёму высокотеплопроводного спая равномерным, поправка на глубину заделки спая не превышала -0,3С. Измерение температуры теплоносителя на выходе из пучка имитаторов твэлов производилось во всех ячейках модели, для чего применялись микротермопары в защитных капиллярах, монтируемых в терморешётке и вводимых в ячейки при её наложении на верхнюю торцевую решётку модельной сборки. При этом спаи микротермопар располагались по центрам отверстий на уровне нижней кромки решётки (на рис. 7, как уже отмечалось, показана схема расположения микротермопар и их нумерация). Терморешётка была соединена со стаканом верхнего коллектора, а через него - с самим верхним коллектором.
Эксперименты с модельными сборками проводились на жидкометаллическом стенде 6-Б. Очистка сплава натрий-калий осуществлялась холодными ловушками окислов. Контроль чистоты производился отбором проб сплава в пробоотборнике - дистилляторе с последующим химическим анализом пробы. Рабочие опыты проводились при чистоте сплава не хуже 5-10" % содержания кислорода по массе. В изотермическом режиме осуществлялась проверка работоспособности термопар и термопарной схемы.
В стационарном режиме работы стенда (постоянные - расход теплоносителя, подводимая электрическая мощность, температура теплоносителя на входе в модель) осуществлялся съем температурных полей в стенках имитаторов твэлов и в теплоносителе, что позволило определить температурное поле по длине имитатора и найти необходимые локальные величины на каждой образующей имитатора твэла. Автоматическое вращение измерительного имитатора твэла с заданной дискретностью позволяло измерять температурные поля по его периметру.
Устанавливалось соотношение между мощностями питания трех и двух рядов имитаторов твэлов (повышенная или пониженная мощность): ряды имитаторов 21 - 25, 16 - 20 и 12 - 1 - 15, ряды имитаторов 7 - 11 и 2 - 6, см. нумерацию на рис. 4.1. В результате был устанавлен скачок энерговыделения на границе раздела двух зон имитаторов. Соотношение между мощностями имитаторов этих зон (п) изменялось во время проведения экспериментов. Это соотношение может быть обозначено как n = NJS/NJO.
