Расчет расхода теплоносителя и его массовой скорости

Определение расхода теплоносителя через активную зону:

Отвод тепла от тепловыделяющих элементов осуществляется теплоносителем, расход которого через активную зону определяется из уравнения теплового баланса в ЯР по параметрам 1-го контура.

, кг/с (2.1)

где Q_p - тепловая мощность реактора, кВт;

ψ _аз = 0,97…0,99 - доля тепла, выделяемая в активной зоне ЯР;

i_{вх ,} i_вых - энтальпия теплоносителя на входе и выходе из активной зоны ядерного реактора определяются по заданным давлению и температуре теплоносителя, i_вых = f (р; t_вых ); i_вх = f (р; t_вх ), кДж/кг из Приложения 1 (табл. 2) или с помощью с помощью компьюторной программы WaterSteamPro.

Если в пределах изменения давления и температуры, теплоемкость теплоносителя С_р изменяется незначительно, как, например в ВВЭР, где подогрев теплоносителя невелик составляет 30 – 40 ºС, то расход теплоносителя через активную зону можно определить из отношения:

, кг/с (2.2)

t_{вх ,} t_вых - температура теплоносителя на входе и выходе из активной зоны ядерного реактора, ºС;

- средняя удельная изобарная теплоемкость, кДж/кг ∙ ºС, определяемая по заданному давлению и средней температуре теплоносителя.

Как видно, определение расхода теплоносителя связано с выбором перепада температуры - одного из ограничивающих факторов. При проведении теплогидравлических расчетов температура теплоносителя на входе и выходе из активной зоны выбирается на основе опыта эксплуатации реактора. Температура теплоносителя на входе в активную зону выбирается из условия получения максимального КПД для всей установки в целом при соблюдении приемлемого уровня безопасности. Предельно допустимая температура теплоносителя на выходе из реактора зависит от ряда параметров. Для водо-водяных реакторов под давлением она ограничена запасом до температуры кипения теплоносителя при заданном давлении.

Определение среднего расхода теплоносителя через одну ТВС:

, кг/с (2.3)

где n_твс - количество ТВС в активной зоне, шт.

Определение среднего расхода теплоносителя в расчёте на один твэл:

, кг/с (2.4)

где n - полное число стержней в ТВС (сумма твэлов, твэгов, каналов под поглощающие элементы ОР СУЗ, центральный канал), шт.

Определение расхода теплоносителя через центральную ТВС:

, кг/с (2.5)

где K _R = 1,3 …1,5 - коэффициент неравномерности тепловыделений по радиусу активной зоны.

Определение расхода теплоносителя в расчёте на один твэл в центральной ТВС:

, кг/с. (2.6)

Определение средней скорости движения теплоносителя в ТВС:

, м/с (2.7)

где - средний удельный объем теплоносителя, определяемый по давлению и средней температуре теплоносителя, м³/кг.

S_тн - площадь проходного сечения теплоносителя в ТВС, м².

Площадь проходного сечения теплоносителя (S_тн) это такая площадь, которую занимает теплоноситель, проходя через ТВС. Определяется площадь прохода теплоносителя следующим образом: из площади ячейки ТВС вычитаются площади всех конструкционных элементов расположенных в ТВС, т.е. площади всех твэлов, твэгов, каналов для размещения поглощающих элементов органа регулирования, площадь центрального канала для размещения детектора контроля энерговыделения.

Определение средней скорости движения теплоносителя в центральной ТВС:

, м/с (2.8)

Площадь сечения для прохода теплоносителя в ТВС:

для бесчехловой тепловыделяющей сборки:

, м² (2.9)

для чехловой тепловыделяющей сборки:

, м² (2.10)

где п_твэ - число твэлов в одной ТВС, шт.;

d_твэ - наружный диаметр твэла, м;

п _р - число направляющих труб под поглощающие элементы одного ОР СУЗ в ТВС, шт.;

d _р - наружный диаметр труб под пэлы ОР СУЗ, м;

d _ц - наружный диаметр центральной трубы ТВС, м;

h _кл - размер ТВС «под ключ», м;

δ_твс - толщина кожуха чехловой ТВС, м.

Скорость движения теплоносителя в активной зоне имеет свои ограничения, которые связаны с появлением такого негативного фактора, как вибрация твэлов в ТВС. Для водо-водяных реакторов под давлением скорость движения теплоносителя не должна превышать 6 м/с в активной зоне, в трубопроводах не более 10 м/с.