Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 7
2 Математическая модель процессов тепломассопереноса под защитной оболочкой АЭС с ВВЭР
2.1 Система уравнений переноса для модели в сосредоточенных параметрах
2.2 Учет трехмерных эффектов в "точечной" постановке 25
3 Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений
3.1 Процессы тепло-и массоотдачи к стенке при конденсации из паровоздушно-капельной среды
3.2 Модель тепло- и массоотдачи к стенке при конденсации из паровоздушно-капельной среды
3.3 Экспериментальное обоснование замыкающих соотношений в модели тепло- массоотдачи при конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов
4 Верификация и результаты расчетов по коду КУПОЛ-М 69
4.1 Описание маломасштабной экспериментальной модели СТЛ (0.1 70 м3) для исследования влияния антикоррозийного покрытия на конденсацию пара
4.2 Сопоставительные расчеты по экспериментальным данным стенда СТЛ
4.3 Описание экспериментального стенда ВКМ 82
4.4 Сопоставительные расчеты по экспериментальным данным стенда ВКМ
4.5 Экспериментальный стенд ДКМ (рабочий объем 220 м3) 106
4.6 Верификация процесса перемешивания легкого газа при функционировании спринклерной системы (сопоставление с экспериментальными данными стенда ДКМ)
4.7 Верификация процессов, сопровождающих аварию с большой течью теплоносителя, стенд HDR, ISP-16
4.8 Верификация процессов, сопровождающих запроектную аварию с малой течью теплоносителя, стенд HDR, ISP-29
4.9 Экспериментальный интегральный стенд NUPЕС объемом 1300 м3 140
4.10 Верификация процессов, сопровождающих аварию с малой течью 142
теплоносителя при функционировании спринклерной системы, стендМиРЕС,18Р-35
Заключение 147
Список использованной литературы
- Учет трехмерных эффектов в "точечной" постановке
- Модель тепло- и массоотдачи к стенке при конденсации из паровоздушно-капельной среды
- Экспериментальное обоснование замыкающих соотношений в модели тепло- массоотдачи при конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов
- Сопоставительные расчеты по экспериментальным данным стенда СТЛ
Введение к работе
ВВЕДЕНИЕ
Модернизация действующих и разработка новых ЯЭУ, отвечающих повышенным требованиям надежности, безопасности и экономичности, делают необходимым совершенствование методов расчета реакторов, теплообменного оборудования, систем безопасности и локализации аварий. Контейнмент является четвертым, последним барьером безопасности на пути распространения радиоактивных продуктов в окружающую среду. Он проектируется в соответствии с нормативными документами. Тепломассообменные процессы в контейнменте при аварии с течью теплоносителя носят сложный пространственный характер, характеризуются многочисленными теплофизическими, физическими и химическими процессами, которые определяют эффективность и надежность работы систем безопасности. В связи с этим исследования процессов в контейнменте становятся неотъемлемой частью проектных работ. Наиболее перспективным средством для доказательства проектного функционирования системы локализации аварии является создание кода, комплексно описывающего процессы в защитной оболочке. Развитие численных методов и совершенствование вычислительной техники делают возможным создание подобных кодов. Это требует, в свою очередь, развития численных методов, учитывающих специфику процессов в контейнменте. В общем виде это — гидродинамика и термодинамика двухфазных многокомпонентных систем в связанных боксах; теплообменные процессы, включающие в себя поверхностную и объемную конденсацию, прогрев стен и оборудования; работа спринклерной системы; химические процессы связанные с горением, дожиганием и рекомбинацией водорода, выход, образование и изменение системы аэрозолей разного происхождения и спектра. Поэтому тема диссертации является актуальной.
Вычислительные ресурсы ЭВМ всегда остаются ограниченными, кроме того контейнментный код является частью интегрального кода и не может быть перегружен. Поэтому степень детализации расчетных областей и происходящих в них процессов зависит от их пространственного масштаба и сложности описываемьк процессов. Для различных аварийных ситуаций необходима различная степень детализации описываемых процессов. Поэтому задачи, имеющие разный пространственный масштаб, решаются с помощью специализированных численных методов, использующих специфические
Введение
модели приближения и замыкающие соотношения. По этому принципу, создаваемые коды делятся на три основные группы: 0-мерные коды (типа CONTAIN (США)), 1-мерные коды (типа RELAP (США)), 2-мерные коды (типа MELPROG (США)); каждая из этих групп имеет свои преимущества и свои области применения. Код КУПОЛ-М начал разрабатываться в Теплофизическом Отделении ГНЦ РФ ФЭИ совместно с СПб АЭП в 1990 г. и имеет две замороженные версии.
Целью диссертации является дальнейшая разработка, тестирование и применение для проектных расчетов кода КУПОЛ-М, описывающего процессы тепломассопереноса в защитной оболочке АЭС с ВВЭР-640 и ВВЭР-1000. В указанных рамках код применим для расчета любой ЯЭУ имеющей контейнмент.
Научная новизна:
разработана новая версия кода в сосредоточенных параметрах на основе осреднения уравнений движения и энергии для многокомпонентной парогазокапельной среды, с современной детализацией источников и стоков;
получены и уточнены необходимые замыкающие соотношения, в том числе коэффициенты тепло- и массоотдачи и гидравлических сопротивлений, характерные для особенностей расположения оборудования и геометрии АЭС с ВВЭР;
проведена многофакторная верификация кода по данным локальных и интегральных экспериментов на установках разного масштаба: 1 м (ГНЦ РФ ФЭИ), 100 м3 ТБК (НПО «ТАЙФУН»), 9 м3 ВКМ (ГНЦ РФ ФЭИ), -11000 м3 HDR (Германия) и др.;
получены с помощью кода результаты, характеризующие вновь обнаруженные эффекты, дающие или развивающие представления об исследуемых явлениях и процессах, которые могут быть реализованы в объеме защитной оболочки ЯЭУ при разных сценариях протекания аварии;
получены результаты, необходимые и непосредственно используемые для проектирования систем безопасности и локализации аварии на АЭС с ВВЭР: работа спринклерной установки и каталитических рекомбинаторов водорода.
Введение
Практическая направленность. Разработка и применение подобного кода имеет прямую практическую направленность: обоснование проектных решений установок ВВЭР-640 и ВВЭР-1000, выпуск PSAR (Preliminary Safety Analysis Report) для данных проектов. Код КУПОЛ-М ориентирован на расчет реальных установок этого класса. Тестирование кода проведено на большом количестве экспериментов (1м3 ФЭИ, 2.4м3 НПО ЦКТИ, 100м3 и 3200м3 НПО "Тайфун" и др.) и аналитических тестов.
Апробация материалов диссертации. Основные положения разработанного с участием автора кода, а также результаты прикладных и тестовых расчетов докладывались на конференциях и семинарах: "Теплофизика-90" (Обнинск, 1990), "Теплофизика-92" (Обнинск, 1992), "Теплофизика-95" (Обнинск, 1995), "Теплофизика-98" (Обнинск, 1998), "Теплофизика-2001" (Обнинск, 2001), "Расчетно-экспериментальные работы в обоснование систем безопасности АЭС и ЯЭУ" (Обнинск, 1993, 1995, 1997, 2000), Третий Международный Конгресс «Энергетика 3000» (Обнинск, 2002), Всероссийская научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (Подольск, 2001, 2003), Отраслевая конференция «Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР» (С-Петербург, 2000); на международных конференциях и семинарах: Workshop on Severe Accident Research in Japan (SARJ-93), Tokyo, Japan, November 1-2, 1993; The Tenth International Heat Transfer Conference, Brighton, UK, 14-18 August 1994, 10th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 10), April 14-18, 2002 Arlington USA. Код КУПОЛ-М принимал участие в Международных Стандартных Задачах по теплогидравлике контейнмента CASP-3, ISP-16, ISP-29, ISP-35, ISP-47.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
В первой главе показано современное состояние работ по данной тематике.
Во второй главе обсуждается математическая постановка задачи. Из общих двумерных уравнений получаются уравнения в сосредоточенных параметрах, показан учет трехмерных моментов в "точечной" постановке и обсуждаются замыкающие
Введение
функции и соотношения.
Третья глава посвящена экспериментальному обоснованию замыкающих функций и соотношений.
В четвертой главе приведено сопоставление с экспериментальными данными (верификация кода).
В заключении изложены основные выводы, связанные с разработкой, тестированием и применением на практике представленного в диссертации кода КУПОЛ-М.
Материал изложен на 156 страницах, содержит 99 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 76 наименований.
Положения, выносимые на защиту
Совокупность уравнений сохранения и математических моделей физических явлений для процессов в контейнментах АЭС с ВВЭР при авариях, связанных с течью теплоносителя, при которой все значащие явления, процессы и системы отражены на оптимальном уровне детализации.
Локальные математические модели в части описания ранее не учитываемых эффектов:
Объемной конденсации на спринклерных каплях;
Перемешивания среды спринклерными струями;
Теплопроводности в многослойных стенах разных типов;
Гидродинамических эффектов, связанных с течением многокомпонентной среды в системе связанных помещений;
Пространственных эффектов в точечной постановке.
Усовершенствование расчета в части детальной нодализации свободного объема подкупольного пространства.
Результаты совместного анализа расчетных и экспериментальных данных, полученных на локальных и интегральных экспериментальных установках:
Полная система замыкающих соотношений;
Введение
Результаты верификационных расчетов.
Автор выражает благодарность д.т.н. Безлепкину В.В., к.т.н. Ермолаеву В.Ф. (СПб АЭП), профессору Юрьеву Ю.С., к.т.н. Шаньгину Н.Н., к.х.н. Лукьянову А.А. за постоянное внимание к работе и обсуждение результатов, а также к.т.н. А.В. Дробышеву — начальнику лаборатории, где проводились экспериментальные исследования.
Учет трехмерных эффектов в "точечной" постановке
При решении задачи тепло- и массоотдачи в пограничном слое учитывается молекулярная и турбулентная диффузия пара и его прямая конвекция к пленке конденсата. В программе КУПОЛ-М коэффициент массоотдачи пара к пленке конденсата связывается с коэффициентом конвективной теплоотдачи на основании аналогии переноса тепла и массы. Нарушение подобия связано с наличием капель и сильным пересыщением.
К новым результатам относятся: - определение условности коэффициента теплоотдачи при конденсации пара из паровоздушной среды по температурному перепаду и преимущества перехода к описанию тепловых потоков при конденсации через коэффициент массоотдачи; - наличие неизотермичности ЗО и неравномерности потоков конденсации на разных участках 30, включая охлаждаемые; - неравномерность естественной подачи пара к конденсационным поверхностям из-за транспортного запаздывания и конденсации по ходу движения; - определение коэффициентов неподобия процессов теплообмена и массообмена (число Нуссельта не равно числу Шервуда). Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений»
Модель тепло- и массоотдачи к стенке при конденсации из паровоздушнокапельной среды
Для определения потока к стенке за счет конденсации пара рассматривается одномерная стационарная модель, описывающая поступление пара к поверхности конденсации при наличии неконденсирующегося газа. Полагая:
Задаваясь отношением А./5/, которое численно равно коэффициенту теплоотдачи при конденсации в чистом паре, уравнение (3.8) можно решить относительно температуры поверхности пленки при определении р как плотности насыщенного пара. Значение коэффициента теплоотдачи при конденсации в чистом паре берется по [68] и может быть принято Х/5/ 1.666 103 Вт/(м2К). Уравнение (3.8) решается итерационным методом.
Уравнение (3.8) справедливо в том случае, если пар в боксе находится на линии насыщения (или он пересыщен). При перегретом паре в боксе его конденсация на «горячей» стенке может не реализовываться. При отсутствии конденсации парциальное давление пара в пограничном слое у стенки не изменяется (Р (х) = const). Откуда условие отсутствия конденсации можно представить в виде Р й Pv. Если пар на стенке конденсируется, то его парциальное давление по мере продвижения к стенке уменьшается из-за неполного отвода неконденсирующихся газов, скапливающихся у поверхности конденсации. Полагая, что распределение парциального давления (концентрации) пара подобно распределению температуры [69] получим:
График рис. 3.1 иллюстрирует изменение плотности пара в пограничном слое при конденсации перегретого пара в боксе. Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» Изменение плотности пара в пограничном слое 1 -распределение (ЗЛО) 2 - линия насыщения
Совместное решение зависимости плотности насыщения от температуры и распределения (ЗЛО) даст требуемую плотность насыщенного пара р , которую необходимо подставить в выражение (3.8) вместо плотности пара в боксе рч.
Экспериментальное обоснование замыкающих соотношений в модели тепло- массоотдачи при конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов
Основными процессами, связанными с теплоотдачей и конденсацией (испарением) паровой (жидкой) фазы в защитной оболочке, являются: 1. Тепло- и массоотдача при конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов; 2. Конденсация пара на металлических охлаждаемых поверхностях; 3. Влияние защитного (органосиликатного) покрытия на поверхностную конденсацию пара; Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» 4. Прогрев «толстых» бетонных стен за счет поверхностной конденсации пара при больших тепловых потоках и последующем длительном расхолаживании; 5. Объемная конденсация пара в парогазовой смеси; 6. Массообмен воды в приямке с атмосферой защитной оболочки. Обоснование замыкающих соотношений проводилось по многочисленным экспериментальным данным на локальных и интегральных стендах (табл. 3.1). Табл. 3.1 Эксперименты по обоснованию замыкающих функций и соотношений Процессы и явления(см. выше) Экспериментальные установки СТЛ ФЭИ (0,1 м3) ФЭИ 4 бокса (1м3) ВКМ ФЭИ (8м3) ТБК, НПО«ТАЙФУН»(100 м3) HDR, Германия
На экспериментальной модели (рабочий объем 100м) получены коэффициенты теплоотдачи, на экспериментальной модели объемом 1м , коэффициенты тепло- и массоотдачи для разных условий охлаждения моделей ЗО Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» и соотношения плотности пара и воздуха. Полученные корреляции сопоставимы с известными соотношениями Тагами и Ушида. Был проведен обсчет интегральных экспериментов на крупномасштабном стенде HDR (Германия) в режиме истечения «малая течь». Было проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений для давления и температуры в контейнменте. Также была проведена кросс-верификация кода КУПОЛ-М с кодом улучшенной оценки CONTAIN (США).
Модель тепло- и массоотдачи к стенке при конденсации из паровоздушно-капельной среды
Модель была оснащена 25 термопарами, из них 17 - для измерения температуры поверхностей, 8 - для измерения температуры в объеме. Точность измерения температуры газовой среды 0.3%, температуры стенки -1%.
Задачей исследований на маломасштабной модели является получение экспериментальных данных для верификации модели тепломассопереноса под защитной оболочкой и замыкающих соотношений в части конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов кода КУПОЛ-М. В процессе экспериментов реализовывалась следующая схема процессов теплопереноса в стационарном режиме. Струя пара, выходящая из парогенерирующего устройства, захватывает воздух из рециркуляционной зоны в нижней части объема. Паровоздушная смесь в верхней части объема может иметь изменяющийся по высоте состав вблизи охлаждаемой боковой поверхности. На боковой поверхности образуется диффузионный пограничный слой с повышенным содержанием воздуха, который создает диффузионное сопротивление конденсации пара на боковой поверхности. Интенсивность конденсации лимитируется внешним теплообменом. Более тяжелый диффузионный слой движется вниз, транспортируя воздух в рециркуляционную зону воздуха. Температурный режим наружной поверхности определяется кипением воды в открытом контуре. В реперных точках измерялись скорость смеси, температура, давление, состав смеси, толщина диффузионного слоя и пленки конденсата.
Для исследования несимметричных условий отвода тепла по периметру контур наружного охлаждения секционирован на 6 независимых сегментов. В стационарном режиме давление в объеме регулировалось электрической мощностью парогенератора.
На маломасштабной экспериментальной установке 1 м3 (ФЭИ) была проведена серия экспериментов для верификации математической модели тепломассопереноса, используемого набора коэффициентов теплоотдачи и определения коэффициента неподобия в модели поверхностной конденсации (Кр в формуле (3.7)) программного комплекса КУПОЛ-М.
Сценарий развития эксперимента выглядел следующим образом. В начале эксперимента объем модели был заполнен воздухом при температуре 20 С и давлении 0.1 МПа. Из резервуара с кипятильником в объем контейнмента поступал пар. За счет естественной конвекции с внешней стороны стенки модели контейнмента на внутренней поверхности осуществлялась конденсация пара. При достижении критического давления срабатывал сбросной клапан.
Была проведена серия расчетов с использованием различных значений коэффициента неподобия (К„ = 0.5... 1.2). Объем модели был представлен одним Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» расчетным помещением. Наилучшее согласование расчетных и экспериментальных значений достигалось при Кр = 0.9.
На рис. 3.3 и 3.4 представлены характерные графики результатов сопоставления расчетных и экспериментальных данных. Как видно из рисунков, максимальное различие данных наблюдается при быстропротекающих процессах роста и падения давления. Это объясняется недостатком экспериментальных данных для определения расхода пара в первый период моделирования аварийной ситуации.
На стадии активной конденсации пара на стенках результаты расчета и эксперимента имеют хорошее совпадение, как по давлению (максимальная относительная погрешность на квазистационарном участке 6%), так и по температуре (максимальная относительная погрешность на квазистационарном участке 4%).
Расчеты, проведенные по полной двумерной модели с прямым вычислением коэффициентов теплообмена и массоотдачи, также дали значение коэффициента неподобия близкое к единице.
После монтажа внутренних перегородок, моделирующих внутренние взаимосвязанные помещения защитной оболочки на экспериментальном стенде ФЭИ была проведена серия экспериментов по определению давления, температуры газа и стен в помещениях при наддуве паром. Нодализационная схема, использовавшаяся для расчетов по коду КУПОЛ-М, представлена на рис. 3.5.
На рис. 3.6-3.12 приведено сопоставление результатов расчета и эксперимента давления и температуры газа в помещениях и стен помещений. Как видно из графиков рис. 3.6-3.12, совпадение результатов удовлетворительное.
Основные погрешности расчета лежат в нестационарной области проведения эксперимента, что объясняется неточностью задания экспериментальных граничных условий. Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений»
Сопоставление расчетных и экспериментальных параметров для анализа процессов, сопровождающих поверхностную конденсацию, с точки зрения соблюдения балансов, целесообразно проводить в стационарном режиме. Погрешности расчета стационарного режима не превышают: по давлению 5%; по абсолютной температуре газа в помещениях (максимальная погрешность в 4-м помещении) - 3.5%. Эксперименты на стенде ФЭИ, характеризующиеся превалированием процесса поверхностной концентрации пара в присутствии неконденсирующихся газов над остальными явлениями, позволили провести верификацию кода КУПОЛ-М в части замыкающих соотношений, связанных с процессами теплоотдачи к тепловым структурам и поверхностной конденсацией пара.
Экспериментальное обоснование замыкающих соотношений в модели тепло- массоотдачи при конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов
Основной особенностью проведения экспериментов на крупномасштабной модели контейнмента было моделирование аварий типа «малая течь». При этом наблюдался эффект запаздывания начала конденсации на поверхности оболочки. Это выражалось в характерном изменении роста давления: сначала достаточно быстрый рост, а затем с момента начала поверхностной конденсации -замедленный.
Для описания этого процесса внутренний объем экспериментальной установки моделировался восемью контрольными объемами. Нодализационная схема представлена на рис 3.14. Пар подавался в первый контрольный объем, и за счет естественной конвекции струя горячего пара поднималась вверх, и только затем начиналась поверхностная конденсация. При этом наблюдалось качественное совпадение экспериментальных и расчетных кривых изменения давления. В начальный момент фиксировалась стратификация по температуре газа и коэффициентам теплоотдачи.
Сопоставление интегральных коэффициентов теплоотдачи в зависимости от времени приведено на рис. 3.15. Хорошее совпадение наблюдается при наступлении квазистационарного режима с установившейся конденсацией на стенках оболочки.
Сравнительно быстрое развитие процесса в расчете объясняется приближенным описанием пространственной структуры течения парогазовой смеси в свободном объеме установки моделью в сосредоточенных параметрах. Более точное описание структуры течения возможно введением другой нодализации расчетного объема, проведенной на базе численного решения соответствующей двумерной задачи.
В 1989г. на основе экспериментов серии Е11 на модели контейнмент HDR была сформулирована Международная Стандартная Задача ISP-29, моделирующая
Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» аварийные процессы в контейнменте при протекании аварии с потерей теплоносителя «малая течь».
Установка HDR представляет собой модель контейнмента АЭС типа PWR, позволяющая моделировать аварийные процессы в контейнменте, включая поведение водорода. Контейнмент HDR имеет сложную структуру, максимально приближенную к натурным контейнментам, из-за многообразия форм внутренних помещений и связей между ними, а также наличия многочисленных внутренних металлических и бетонных тепловых структур (лестницы, различное оборудование, трубопроводы, в том числе имеющие защитный слой краски различной толщины).
Контейнмент HDR состоит из внутренней стальной оболочки высотой 60 м и диаметром 20 м. Стальная оболочка состоит из цилиндрической части толщиной 30 мм, нижней полусферы толщиной 18 мм, верхней сферической оболочки толщиной 17 мм, и прилегающим сферическим сегментом толщиной 24 мм. Стальная оболочка испытана на внутреннее давление 7.2 атм. Проектная максимальная температура стальной оболочки - 155С.
Внутренний объем контейнмента разделен бетонными перекрытиями на 62 помещения, каждый из которых содержит соответствующее оборудование. Контейнмент имеет три технологических отверстия: малое «эвакуационное» на уровне 4.5 м, отверстие для персонала на уровне 10 м, и технологическое отверстие на уровне 30 м для оснащения контейнмента крупногабаритным оборудованием.
Стальная оболочка окружена наружной бетонной оболочкой, которая отделена от стальной воздушным кольцевым зазором шириной 0.6 м. Общий вид экспериментальной установки показан на рис. 3.16. На рис. 3.17 представлена нодализационная схема подкупольного пространства, использовавшаяся для расчетов по коду КУПОЛ-М. На рис. 3.18 и 3.19 приведены сопоставления расчетных и экспериментальных значений для давления и температуры в подкупольном пространстве экспериментальной
Глава №3 «Экспериментальное определение и обоснование замыкающих функций и соотношений» установки HDR. Данные графики показывают хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений.
Сопоставительные расчеты с кодом улучшенной оценки CONTAIN (NRC, США).
Для верификации модели поверхностной конденсации пара, используемой в коде КУПОЛ-М, были проведены кросс-верификационные расчеты с кодом улучшенной оценки CONTAIN (США). Сопоставление проводилось по гипотетическому сценарию на экспериментальном стенде HDR (Германия). В экспериментальный стенд, заполненный воздухом при Р = 0.1 МПа и t=20C, подается перегретый пар (t = 225 С) с постоянным расходом G = 3.3 кг/с. При таком сценарии процесс поверхностной конденсации пара, как перегретого, так и насыщенного, является основным фактором, влияющим на интегральные параметры (давление и температура). Для обеспечения максимально возможной сопоставимости расчетных результатов была использована нодализационная схема, использованная в коде CONTAIN.
На рис. 3.20 приведено сравнение абсолютного давления по результатам расчетов выполненных кодом КУПОЛ-М (сплошная линия) и кодом CONTAIN (точки). При долговременном истечении пара в замкнутый объем установки динамика давления определяется соотношением поступающей энтальпии и теплоотводом к конденсационным поверхностям и, далее, через стены к конечному поглотителю - атмосферному воздуху, прокачиваемому через кольцевой зазор.
Сопоставительные расчеты по экспериментальным данным стенда СТЛ
Модель представляет собой цилиндрический сосуд со сферическими днищем и крышкой. Внутренний диаметр модели составляет 1600 мм. Высота цилиндрической части составляет 4000 мм. Днище и крышка - сферы с радиусом 1500 мм. Объем модели контейнмента составляет 8 м3. Толщина стенок цилиндрической части - 12 мм. Толщина стенок сферической части - 14 мм. Модель контейнмента изготовлена из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т.
Экспериментальная установка оснащена: двумя люками; двумя наружными поясами охлаждения; четырьмя внутренними устройствами локального сбора конденсата пара с выделенных поверхностей; интегральным конденсатосборником.
Устройства локального сбора конденсата пара имеют известную поверхность конденсации и связаны системой трубопроводов со сборниками конденсата (каждое из устройств имеет собственный сборник объемом 10 литров). Рабочий объем интегрального сборника конденсата составляет 100 литров. Все конденсатосборники размещены снаружи модели.
Люки размещены на нижней цилиндрической части модели контейнмента. Первый люк - основной монтажно-технологический. Крышка люка - сфера с фланцем. Сфера прикреплена к поворотному кронштейну - опоре, с помощью которого крышка отводится в сторону на 120. Диаметр люка (лаза) - 600 мм. Второй люк - вспомогательный, его размеры - 350x300 мм предназначен для ввода-вывода кабелей, проводов для датчиков измерения параметров экспериментов.
Установка размещена на подставке высотой 1500 мм. Такая высота подставки выбрана с учетом размещения под установкой бака для сбора конденсата и при необходимости парогенератора - доосушителя (перегревателя) пара. Для защиты модели от влияния погодных условий установка защищена легкой металлической конструкцией, обшитой листовым металлом и теплоизоляцией.
Теплоизоляционный материал - каолиновая вата толщиной 100 мм. Теплоизоляция уложена между нижней и верхней рубашками охлаждения и на верхней сферической части модели до верхней рубашки охлаждения. Коэффициент теплопроводности каолиновой ваты равен 0.058 Вт/(м К) при 120 С, плотность матов из ваты промышленного производства определяется взвешиванием.
Высота рубашки охлаждения в верхней цилиндрической части составляет 700 мм. Зазор между наружной поверхностью установки и внутренней стенкой рубашки охлаждения составляет 100 мм. Рубашка расположена по всему периметру установки. Уровень заполнения рубашки водой составляет 600 мм. Материал, из которого была изготовлена рубашка - нержавеющая сталь марки 1Х18Н10Т толщиной 1.5 мм. Нижняя рубашка охлаждения аналогична верхней. Размещение верхней и нижней рубашек охлаждения представлено на рис. 4.11.
Система подачи охлаждающей воды в рубашки охлаждения предусматривает независимое поступление воды в каждую рубашку и независимый слив в ливневую канализацию.
Расход охлаждающей воды измеряется с помощью оттарированных объемным методом расходомерных шайб в комплекте с «Метран-22-ДЦ 2440», ориентировочный расход воды через каждую рубашку охлаждения 1 м3/час с погрешностью не более 1%.
Входной патрубок подачи охлаждающей воды вварен в обечайку в нижней части по касательной с целью закручивания (перемешивания) массы воды, находящейся в рубашке охлаждения для предотвращения появления температурной стратификации по высоте рубашки охлаждения. Переливной патрубок вварен над входным патрубком. Внутренний диаметр переливной линии -25 мм.
Для определения влияния охлаждаемой поверхности на процесс конденсации внутри модели были вьщелены четыре вычлененные поверхности с известной площадью (по две на каждую рубашку охлаждения). Для вычленения площади, на которой будет происходить конденсация пара, выбрана следующая конструкция: полоса из нержавеющей стали шириной 30 мм и толщиной 1,5 мм приваривается сплошным швом горизонтально, т.е. под углом 60 к стенке цилиндра, длиной 1 м на уровне зеркала воды в верхней и нижней рубашек охлаждения. Аналогично на уровне дна рубашек охлаждения приваривается другая полоса. Высота бокового ограничителя 0,6 м, т.е. равная уровню воды в рубашке охлаждения. Таким образом, площадь конденсации пара одного конденсатосборника равна 0.6 м . Вертикальные боковые ограничители между двумя горизонтальными полосами приваривается прерывистым швом.
Похожие диссертации на Теплогидравлическое обоснование защитных оболочек АЭС с ВВЭР
