Содержание к диссертации
Введение
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И
ВИДА РАБОЧЕГО ТЕЛА АЭС 13
2.1. Общая характеристика проблемы поиска оптимальных рабочих тел и параметров АЭС 13
2.2. Выбор рабочих тел для одноконтурной АГТУ с БГР 16
2.3. Постановка задачи математического моделирования и комплексной оптимизации АЭС 31
2.3.1. Характеристика объекта исследований в плане математического моделирования и оптимизации 31
2.3.2. Анализ возможных способов построения и реализации математических моделей 35
2.3.3. Общие вопросы и особенности проблемы комплексной оптимизации АЭС с БГР 38
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АГТУ В СОСТАВЕ ОДНОКОНТУРНОЙ АЭС 44
3.1. Обоснование состава возможных схем одноконтурной АГТУ 44
3.2. Структура математической модели теплосиловой части одноконтурной АЭС 49
3.3. Краткое описание состава математической модели ТСЧ 54
3.3.1. Математическая модель теплообменного аппарата 56
3.3.2. Математическая модель турбомашины 62
3.3.3. Прочее оборудование и вспомогательные программы 67
3.4. Определение приведенных затрат по АЭС 70
3.5. Описание метода оптимизации 74
3.6. Краткое описание математической модели АЭС 76
3.7. Краткое описание програмглно-вычислительного комплекса 81
4. РАСЧЕТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧИХ ТЕЛ АГТУ . 86
4.1. Анализ методов расчета свойств веществ 86
4.1.1. Гелий 86
4.1.2. двуокись углерода 90
4.1.3. Азот 96
4.1.4. Газовые смеси 101
4.2. Методика и программа расчета теплофизических свойств рабочих тел 106
5. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ОДНОКОНТУРНОЙ АЭС
С ГАЗООХЛАЗДАЕМЬІМ РЕАКТОРОМ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ И
РАЗЛИЧНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛАХ 120
5.1. Программа, методика исследований и исходная информация 120
5.2. Результаты исследований РЧ АЭС 127
5.3. Результаты исследований ТСЧ АЭС и АЭС в целом . 136
5.4. Учет влияния неопределенности исходной информации на результаты оптимизации 163
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 176
ЛИТЕРАТУРА 180
ПРИЛОЖЕНИЕ: МАТЕРИАЛЫ ПО ВНЕДРЕНИЮ 195
- Общая характеристика проблемы поиска оптимальных рабочих тел и параметров АЭС
- Обоснование состава возможных схем одноконтурной АГТУ
- Анализ методов расчета свойств веществ
- Программа, методика исследований и исходная информация
class1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И
ВИДА РАБОЧЕГО ТЕЛА АЭС class1
Общая характеристика проблемы поиска оптимальных рабочих тел и параметров
Процесс создания энергетической установки нового типа вообще, и атоглнои энергетической установки в частности, отличающейся видом рабочего тела, топливом, диапазоном параметров цикла, характером протекающих процессов, элементами оборудования, представляется процессом сложным и многоэтапным. Каждый этап характеризуется своим кругом исследований, целью их проведения, составом и качеством исходной информации и искомых характеристик, учитываемых ограничений. В соответствии с этим на каждом этапе предъявляются свои требования к инструменту исследования и используемым методам.
Предпроектные проработки АЭС с БГР состоят из ряда этапов, сущность которых состоит в определении круга перспективных рабочих тел, подборе эффективных термодинамических циклов для каждого из них, выборе технологических схем для реализации термодинамических циклов, оптимизации основных термодинамических и конструктивных параметров установки.
На первом этапе решению подлежат следующие задачи.
Предварительное проведение качественного анализа перспективности использования того или иного рабочего тела с позиций обеспечения хороших теплопередающих свойств и возможности реализации конкретных термодинамических циклов на данном рабочем теле с высоким значением термического к.п.д. При этом нужно максимально использовать существующий опыт поиска оптимальных рабочих тел для установок различного назначения.
Здесь же следует проводить и поисковые работы по синтезу новых рабочих тел с целью улучшения указанных выше характеристик и термодинамических циклов. Эти работы должны вестись как в плане создания новых веществ, так и в плане поиска смесей веществ с требуемыми тешюфизическими свойствами. Далее необходимо сопоставить выбранные рабочие тела между собой по эксплуатационным характеристикам с учетом специфических требований, предъявляемых к рабочему телу энергетической установки рассматриваемого типа.
Если по некоторым рабочим телам, перспективность которых не вызывает сомнения, существует недостаточность информации по их свойствам, то на этом этапе необходимо проведение дополнительных исследований (как теоретических, так и экспершлентальных) по изучению свойств рабочего тела во всем предполагаемом диапазоне параметров термодинамического цикла.
Обоснование состава возможных схем одноконтурной АГТУ
Одноконтурные установки, работающе по циклу Брайтона, имеют целый ряд преимуществ: простоту запуска, простоту автоматизации, сохранение приемлемых значений к.п.д. при частичных нагрузках. Один из эффективных способов повышения экономичности этих установок - использование регенерации тепла в цикле. Помимо регенерации, существенно повысить к.п.д. установки позволяет введение промежуточного охлаждения между ступенями компрессора, что приближает процесс отвода тепла в цикле к изотермическому. К повышению к.п.д. цикла приводит и приближение процесса подвода тепла к изотермическому - путем введения двухкратного ядерного подогрева (либо в одном реакторе по двухпетлевой схеме, либо во втором реакторе).
В цикле Брайтона применяют и предварительное расширение перед реактором для снижения давления теплоносителя в реакторе при больших его значениях в регенераторе по нагреваемой стороне.
Вследствие того, что средняя теплоемкость у двуокиси углерода по изобаре нагрева выше средней теплоемкости по изобаре охлаждения в I.3-I.5 раза, средний температурный напор в регенеративном теплообменнике даже при минимальных температурных напорах на холодном конце имеет высокое значение.
Существует несколько способов уменьшения средней разности температур в регенераторе. Одним из них является способ введения сквозного сжатия, когда часть теплоносителя перебрасывается путем сжатия в компрессоре на сторону высокого давления в строгом соответствии с соотношением теплоємкостей по греющей и нагреваемой сторонам [40]. Но использование дополнительных компрессоров существенно усложняет схему.
Анализ методов расчета свойств веществ
Хотя эти зависимости получены по ограниченному числу экспериментальных точек, авторы рекомендуют распространить их на существенно более высокие температуры и давления. В определенном смысле это предложение правомочно вследствие монтонного поведения функций при более высоких параметрах состояния, но истинную границу применимости этих зависимостей могут определить только сопоставительные расчеты, самими авторами проверка не проводилась.
В аналогичном диапазоне температур и давлений на основании применения уравнения состояния по единому уравнению Казавчинс-кого в работе [68] приводится математическая модель термодинамического поля гелия, с помощью которой насчитаны таблицы тер В этих уравнениях функции ТІ(Р,Н), І(Р,Т), І(Р,Т) получемодинамических свойств гелия.
Транспортные свойства гелия также достаточно хорошо изучены. Варгафтик Н.Б. и Зимина Н.Х. в работе [69] показали, что экспериментальная зависимость теплопроводности гелия от давления хорошо описывается теоретической формулой Энского для плотных газов [70].
class4 РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ОДНОКОНТУРНОЙ АЭС
С ГАЗООХЛАЗДАЕМЬІМ РЕАКТОРОМ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ И
РАЗЛИЧНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛАХ class4
Программа, методика исследований и исходная информация
Практика освоения газоохлаждаемых реакторов за рубежом подсказывала, что приемлемые значения к.п.д. в одноконтурной ГТУ на общепризнанном и апробированном рабочем теле - гелии, достижимы только при высокой температуре газа на выходе из реактора - выше 1100 К, что дает максимальную температуру оболочки ТВЭЛа на уровне 1200-1250 К. Как известно, на сегодняшний день таких
материалов нет, либо они находятся в стадии проработки.
Логичными выглядят два пути решения проблемы строительства АЭС с БГР большой мощности с высокими значениями коэффициента воспроизводства и высоким к.п.д. - первый - поиск материалов для активной зоны реактора, и второй - поиск новых рабочих тел, которые позволяют при существующих достигнутых уровнях температур в активной зоне реактора организовать высокоэффективное преобразование тепла по одноконтурной схеме.
В соответствии с этим в данной работе ставилась задача анализа влияния вида рабочего тела на технико-экономические характеристики реактора, ТСЧ и АЭС в целом с использованием традиционных материалов в активной зоне стерженькового типа и анализ эффективности использования газовой смеси Не-С02 в качестве рабочего тела в АЭС этого типа.
В соответствии с этим рассматривался блок АЭС тепловой мощностью 2800 Шт (электрическая на уровне 1000-1200 МВт). Уровень максимальных температур по теплоносителю в активной зоне ограничен 1000 К. Давление в активной зоне выбрано 16 МПа (освоенный уровень давления в активной зоне в отечественном реакторостроении).
Оптимизационные исследования проводились для одноконтурной АЭС с неинтегральной компоновкой. Рассматривалось окисное уран-плутониевое топливо, помещенное в стержневые твэлы. Материал оболочки твэлов и стенок кассет - нимоник. Толщина оболочки твэ-ла и контактного слоя для различных вариантов РЧ оставалась постоянной, а толщина стенок кассет выбиралась из условия достижения в них максимального напряжения. Контактный слой заполнен гелием при давлении, равном давлению теплоносителя.
Похожие диссертации на Математическое моделирование и комплексная оптимизация АЭС с одноконтурной газотурбинной установкой и газоохлаждаемым реактором на различных рабочих телах
