ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Потери давления от местных сопротивлений



Местные сопротивления обусловлены появлением вихреобразований в местах резкого изменения сечения канала, изгибов. При преодолении отдельных препятствий, изменяющих скорость и направление потока теплоносителя и т.п. В пределах активной зоны реактора основными местными сопротивлениями являются: сопротивления на входе и выходе из ТВС и сопротивления дистанционирующих решёток:

Па, (10.5)

где - коэффициент местного сопротивления ТВС.

Коэффициент местного сопротивления либо рассчитывается по эмпирическим зависимостям, приведенным в справочниках (например, П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков «Справочник по теплогидравлическим расчётам»), либо принимаются на основании экспериментальных данных. Некоторые из этих данных приведены в табл. 14.

Таблица 14 - Коэффициенты местных сопротивления в разных ТВС

  ТВС серийная ТВСА ТВС-2М
Число ДР (k)
x для одной ДР 0,5 0,3 0,4
ТВС в целом 8,9 11,5+0,6 13,2

Потери давления от ускорения потока

Изменение скоростного напора учитывается для неизотермических потоков. Когда плотности и скорости среды на входе и выходе из участка существенно отличаются, что и обусловливает дополнительную потерю давления. Величину называют изменением динамического напора или потерей давления на ускорение потока и определяют как разность количества движения на участке между двумя рассматриваемыми сечениями.

 

, Па. (10.6)

ρвх , ρвых - плотность теплоносителя на входе и выходе из участка,кг/м3;

ωвх, ωвых - скорость теплоносителя на входе и выходе из участка, м/с.

Нивелирные потери давления

Гидравлические сопротивления, связанные с преодолением действия сил гравитации (напор на преодоление разности высот входного и выходного сечений участка), называют гидростатическим напором или нивелирной (гравитационной) составляющей напора.

 

, Па (10.7)

где = 9,8 - ускорение свободного падения, м/с2;

- средняя плотность воды на участке, кг/м3 ;

Δh – высота участка, м.

Расчет мощности ГЦН

Определив суммарную величину гидравлических потерь в ТВС можно определить долю мощности главных циркуляционных насосов, необходимую для прокачки теплоносителя через реактор

, Вт (10.8)

где Dрпк » (1,2…1,25)Dрр - гидравлические потери в первом контуре, Па;

Dрр - гидравлические потери в реакторе; Gаз - расход теплоносителя, кг/с;

hгцн = 0,78…0,80 - КПД ГЦН;

тп - число петель первого контура;

rвх - плотность воды при входной температуре в реактор, кг/м3 (ГЦН всегда устанавливается на «холодной нитке» петли, где t = tвх).

 

В заключение необходимо отметить, что на стадиях эскизного, технического и рабочего проектов теплогидравлические расчеты ведут с разной степенью детализации при номинальных параметрах, частичных нагрузках, при запуске и расхолаживании реактора, при аварийных ситуациях.

Многовариантные проектные расчеты проводятся в целях выбора оптимальной конструкции реактора и назначения оптимальных режимных параметров. Теплогидравлические проектные расчеты входят составной частью в оптимизационные программы АЭС.

Приложение 1 - Графики

Рис.2- Изменение линейной тепловой нагрузки по высоте активной зоны

Рис. 3 – Изменения температуры теплоносителя по высоте ТВС

Рис.4 - Изменения температуры наружной и внутренней поверхностях оболочки твэла по высоте

Рис. 5 – Определение зоны поверхностного кипения

Рис.6 - Изменение температуры топлива на наружной и внутренней поверхностях по высоте

Рис. 7 - Изменение фактического и критического теплового потока по высоте

Приложение 2

Таблица 1 - Характеристики основных типов ТВС в ВВЭР

Тип Серийная ТВС (В-320) ВВЭР-1000 ТВСА (В-320) ВВЭР-1000 ТВС-2М ТВСАPLUS АЭС-2006 ТВС 2-го поколения ВВЭР-440 ТВС (проект) (В-448) ВВЭР-1500
Электрическая мощность, МВт 1198,8
Тепловая мощность, МВт 1375±27
Давление в теплоносителя, МПа 15,7 15,7 16,2 12,26±0,2 15,7
Давление во 2 контуре, МПа 6,27 6,27 4,25 7,34
Тем-ра воды на входе в а.з., ºС 298,6 265÷270 297,6
Тем-ра воды на выходе из а.зºС 329,7 293÷302
Расход теплоносителя м3 85600±2900
Паропроизводительность кг/с 4х1470 4х1470 4х1654 6х1900 4х2067,5
Кол-во циркуляционных петель
Длина корпуса ЯР, мм
Внут. диаметр корпуса ЯР, мм
Эквивалентный диаметр а.з., м 3,12 3,16 3,16 2,88  
Скорость движения тн. в а.з.,м/с 5,7 5,7 5,7 4,4 5,7
Форма ТВС шестигранная  
Размер ТВС «под ключ», мм
Высота ТВС, мм
Шаг решетки твэлов, мм 12,75 12,75 12,75 12,3±0,12 12,75
Число ТВС в а.з., шт 313/349
Число ТВС с ОРСУЗ в а.з., шт 37(АРК)
В т.ч. содержит СВП, шт нет нет нет нет
Число ячеек в 1 ТВС, шт    
Число твэлов в ТВС, шт  
Число ПС в 1 ОРСУЗ, шт нет
Центральный канал, шт
Число СВП в 1ТВС , шт нет нет   нет
Число твэгов в 1 ТВС, шт - - 6, 9, 12, 24 6(РК) 6, 9, 12, 24
Число ДР в 1 ТВС, шт
Материал ДР (Zr-1%Nb) (Zr-1%Nb) (Zr-1%Nb) (Zr-1%Nb) (Zr-1%Nb)
Число уголков в ТВС, шт   6 (Э-635) нет нет нет
Толщина чехла, мм       1,4(Э-110)  
Тепловыделяющий элемент (твэл)
Длина твэла, мм  
Высота Наз, мм  
Оболочка твэла: Æ/d, мм 9,1/0,65 9,1/0,65 9,1/0,65 9,1/0,6 9,1/0,65
Материал оболочки твэла Э-110(Н-1) Э-110(Н-1) Э-110(Н-1) Э-110(Н-1) Э-110(Н-1)
Максимальная температура оболочки, ºС
Средняя (максимальная) линейная тепловая нагрузка твэла, кВт/м 16 (44,8) 16,7(44,8) 16(44,8) 12.96(42,0) 16(32,5)
Среднее (максимальное) выгорание в ТВС, МВтсут/кг 49 (50) 55(60) 58(70) 42(52) 58(70)
Таблетка (UO2)
Плотность топлива, г/см3 10,4-10,7 10,4-10,7 10,4-10,7 10,4-10,7 10,4-10,7
Æ, мм внешний/отверстия 7.57/2,3÷1,6 7,8/0 7,6/1,2 7,8/0 7,6/1,2 7,6/1,2 7,8/0
Контактный зазор, мм 0,1 0,1 0,1 0,13-0,22 0.1
Направляющие трубы
Количество в 1 ТВС, шт -
НТ, Æ, мм внешний/внутренний 12,6/10,9 12,6/10,9 12,6/10,9 - 12,6/10,9
Материал направляющей трубы 08Х18Н10Т Э-635 Э-635 - Э-635
Центральная труба
Æ, мм внешний/внутренний 11,2/10,4 13/11 13/11 -  
Материал центральной трубы 08Х18Н10Т Э-110 Э-635    

 

Таблица 2 - Термодинамические свойства воды и водяного пара [6]

Термодинамические свойства воды указаны в таблице обычным шрифтом, для водяного пара выделены.

t, ºC Параметры воды и пара при давлении
14 МПа 15 МПа 16 МПа
  ts=336.63 ts=342.12 ts=347.32
  v′= 0.0016104 v″= 0.01149 v′= 0.0016580 v″= 0.01035 v′= 0.0017101 v″= 0.009330
  i′= 1572.8 i″= 2638.3 i′= 1612.2 i″= 2611.6 i′=1651.5 i″= 2582.7
  r = 1065.5 r = 999.4 r = 931.2
  v i s v i s v i s
0.0012340 1086.1 2.7704 0.0012324 1086.2 2.7682 0.0012308 1086.3 2.7660
0.0012572 1134.1 2.8612 0.0012553 1134.0 2.8587 0.0012535 1134.0 2.8563
0.0012828 1183.1 2.9523 0.0012807 1182.9 2.9496 0.0012786 1182.8 2.9469
0.0013115 1233.5 3.0441 0.0013090 1233.1 3.0411 0.0013065 1232.8 3.0381
0.0013441 1285.5 3.1373 0.0013410 1284.9 3.1338 0.0013381 1284.3 3.1304
0.0013816 1339.5 3.2324 0.0013779 1338.6 3.2284 0.0013742 1337.7 3.2245
0.0014260 1396.4 3.3307 0.0014212 1395.0 3.3259 0.0014165 1393.7 3.3213
0.0014801 1457.0 3.4338 0.0014736 1455.0 3.4279 0.0014674 1453.0 3.4222
0.0015497 1523.5 3.5449 0.0015402 1520.3 3.5371 0.0015312 1517.3 3.5296
0.01201 2672.6 5.4297 0.0016323 1594.6 3.6592 0.0016175 1589.6 3.6484
0.01323 2753.5 5.5606 0.01148 2693.8 5.4450 0.009782 2618.5 5.3071
0.01422 2817.4 5.6624 0.01258 2771.3 5.5685 0.01107 2717.8 5.4653
t, ºC Параметры воды и пара при давлении
17 МПа 18 МПа 19 МПа
  ts= 352.26 ts= 356.96 ts= 361.44
  v′= 0.0017690 v″= 0.008401 v′= 0.0018380 v″= 0.007534 v′= 0.0019231 v″= 0.006700
  i′=1691.6 i″= 2550.8 i′=1733.4 i″= 2514.4 i′=1778.2 i″= 2470.1
  r = 859.2 r = 781.0 r = 691.9
  v i s v i s v i s
0.0012293 1086.4 2.7639 0.0012277 1086.5 2.7617 0.0012262 1086.7 2.7596
0.0012517 1134.0 2.8540 0.0012500 1134.0 2.8516 0.0012483 1134.0 2.8493
0.0012765 1182.6 2.9443 0.0012745 1182.5 2.9417 0.0012725 1182.4 2.9391
0.0013041 1232.4 3.0352 0.0013017 1232.1 3.0323 0.0012994 1231.9 3.0294
0.0013352 1283.8 3.1271 0.0013324 1283.2 3.1238 0.0013296 1282.8 3.1206
0.0013707 1336.9 3.2206 0.0013672 1336.1 3.2168 0.0013639 1335.3 3.2131
0.0014120 1392.4 3.3167 0.0014077 1391.3 3.3123 1.0014035 1390.1 3.3079
0.0014615 1451.2 3.4166 0.0014558 1449.5 3.4113 0.0014503 1447.9 3.4060
0.0015229 1514.6 3.5225 0.0015150 1512.0 3.5157 0.0015075 1509.6 3.5092
0.0016042 1585.0 3.6384 0.0015920 1580.9 3.6291 0.0015807 1577.2 3.6204
0.001728 1668.7 3.7736 0.001704 1660.9 3.7582 0.001683 1654.2 3.7448
0.009616 2653.6 5.3475 0.008135 2569.8 5.2011 0.001871 1756.8 3.9080
ts, оС
σs, мН/м 28,4 23,7 19,0 14,37 12,1 9,88 7,71 4,64 3,68 1,89 0,396

 

Абсолютное давление р, МПа.

Температура теплоносителя t,°С; Температура насыщения ts,°С.

Удельный объем v, м3/ кг.

Удельный объем воды на линии насыщения v′, м3/ кг.

Удельный объем сухого насыщенного пара v″, м3/ кг.

Удельная энтальпия i, кДж/кг.

Удельная энтальпия воды на линии насыщения i′, кДж/кг.

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара i″, кДж/кг.

Скрытая теплота парообразования r, кДж/кг .

Удельная энтропия s, кДж/кг∙К. Поверхностное натяжение воды на линии насыщения σs, мН/м.

Таблица 3 - Коэффициент динамической вязкости воды и пара [6]

р, МПа Коэффициент динамической вязкости воды и пара мкПа×с при температурах, оС
109.1 88.31 84.37 80.27 75.86 70.77 22.94 23.25 24.07 24.93
109.4 88.69 84.77 80.74 76.43 71.56 23.41 23.57 24.26 25.08
109.6 89.04 85.16 81.19 76.98 72.28 66.44 24.02 24.50 25.26
109.9 89.38 85.55 81.63 77.50 72.35 67.51 24.77 24.82 25.47
110.1 89.72 85.92 82.05 78.01 73.61 68.46 61.08 25.23 25.73
110.4 90.05 86.29 82.47 78.50 74.22 69.31 62.81 25.78 26.03

 

Таблица 4 - Удельная изобарная теплоёмкость воды и пара [6]

Р, МПа Удельная изобарная теплоёмкость воды и пара кДж/кг×оС при температурах, оС
4.733 4.829 4.944 5.083 5.256 5.476 5.769 6.184 6.829 8.065
4.722 4.816 4.928 5.063 5.230 5.441 5.719 6.106 6.693 7.744
4.712 4.804 4.913 5.045 5.205 5.408 5.672 6.035 6.572 7.485
4.702 4.792 4.898 5.026 5.182 5.376 5.628 5.968 6.463 7.269
4.692 4.780 4.884 5.008 5.159 5.346 5.586 5.907 6.364 7.085
4.682 4.769 4.870 4.991 5.137 5.317 5.546 5.849 6.274 6.924

 

р, МПа Удельная изобарная теплоёмкость воды и пара кДж/кг× оС при температурах, оС
8.487 12.23 11.48 10.85 10.32 9.856 9.456 9.103 8.789 8.505
8.079 8.274 8.494 8.741 9.023 9.346 14.38 13.30 12.41 11.68
7.760 7.917 8.090 8.282 8.497 8.739 9.013 9.326 9.687 10.12
7.501 7.631 7.773 7.928 8.098 8.287 8.497 8.733 8.999 9.305
7.285 7.396 7.515 7.644 7.784 7.936 8.104 8.288 8.494 8.729
7.100 7.196 7.299 7.409 7.527 7.654 7.792 7.942 8.106 8.295

 

р, МПа Удельная изобарная теплоёмкость воды и пара кДж/кг× оС при температурах, оС
8.248 8.013 7.797 7.596 7.409 7.235 7.072 6.919 6.774 6.638
11.05 10.52 10.06 9.660 9.304 8.985 8.697 8.434 8.193 7.970
10.64 16.88 15.30 14.12 13.14 12.32 11.63 11.05 10.55 10.11
9.655 10.06 10.55 11.14 11.88 22.93 19.69 17.46 15.82 14.55
8.987 9.279 9.613 9.999 10.45 11.00 11.67 12.51 13.64 15.23
8.496 8.720 8.969 9.248 9.566 9.930 10.35 10.86 11.46 12.21

 

р, МПа Удельная изобарная теплоёмкость воды и пара кДж/кг× оС при температурах, оС
6.509 6.387 6.271 6.162 6.057 5.958 5.687 5.000 4.526 4.178
7.764 7.572 7.392 7.224 7.066 6.917 6.517 5.554 4.929 4.488
9.720 9.374 9.062 8.777 8.518 8.278 7.657 6.254 5.410 4.846
13.53 12.73 12.01 11.40 10.88 10.42 9.327 7.171 5.999 5.265
26.96 22.42 19.50 17.42 15.87 14.64 12.17 8.419 6.738 5.761
13.17 14.46 16.31 19.29 40.85 30.01 18.66 10.22 7.693 6.360

Таблица 5 - Коэффициент теплопроводности воды и пара [6]

р, МПа Коэффициент теплопроводности воды и пара Вт/м× оС при температурах, оС
0.6317 0.6196 0.6065 0.5921 0.5762 0.5587 0.5393 0.5174 0.4925
0.6326 0.6209 0.6079 0.5936 0.5780 0.5607 0.5416 0.5202 0.4959
0.6338 0.6221 0.6093 0.5952 0.5797 0.5627 0.5438 0.5228 0.4991
0.6350 0.6234 0.6107 0.5967 0.5814 0.5646 0.5460 0.5254 0.5022
0.6361 0.6246 0.6120 0.5982 0.5831 0.5665 0.5482 0.5280 0.5052
0.6372 0.6259 0.6134 0.5997 0.5847 0.5683 0.5503 0.5304 0.5082

 

р, МПа Коэффициент теплопроводности воды и пара Вт/м× оС при температурах, оС
0.4633 0.4567 0.1106 0.1077 0.1041 0.1020 0.0923 0.0977 0.0955
0.4677 0.4614 0.4515 0.4445 0.1209 0.1171 0.1124 0.1098 0.1064
0.4718 0.4658 0.4563 0.4497 0.4392 0.4317 0.1327 0.1276 0.1217
0.4757 0.4699 0.4609 0.4545 0.4445 0.4375 0.4264 0.1604 0.1462
0.4795 0.4739 0.4651 0.4590 0.4495 0.4428 0.4323 0.4250 0.4139
0.4831 0.4776 0.4691 0.4633 0.4541 0.4477 0.4377 0.4307 0.4198
р, МПа Коэффициент теплопроводности воды и пара Вт/м× оС при температурах, оС
0.0942 0.0929 0.0923 0.0917 0.0903 0.0888 0.0839 0.0815 0.0799
0.1044 0.1025 0.1015 0.1006 0.0987 0.0966 0.0894 0.0858 0.0835
0.1184 0.1154 0.1140 0.1126 0.1098 0.1069 0.0961 0.0908 0.0874
0.1397 0.1343 0.1319 0.1297 0.1254 0.1211 0.1043 0.0966 0.0920
0.1812 0.1671 0.1618 0.1573 0.1494 0.1423 0.1150 0.1036 0.0972
0.4125 0.4060 0.4039 0.2214 0.1954 0.1793 0.1294 0.1121 0.1034

Таблица 6 – Свойства материала оболочки твэла (циркониевый сплав Э-635) [4]

Химический состав 1%Nb, 1,25%Sn и 0,5%Fe.
Температура плавления 2130 К
Теплота плавления 150…160 кДж/кг
Теплота фазового превращения 40 кДж/кг
Плотность при 20°С ρ = 6530кг/м3
Температуры фазовых превращений   a → (α + β) 630¸650 °С (α + β) → β 880¸910 °С
Удельная теплоёмкость в β-фазе при Т > 1200К ср = 221 + 0.172Т – 5.87∙10-5Т2, Дж/кг∙К
Коэффициент теплопроводности   при 400 ≤ Т ≤ 1500К λ = 10,583 + 348Т -1 + 1,04∙10-4Т + 8,735∙10-6Т 2, до облучения λ = 13,1 + 1,6∙10-2(Т - 273), Вт/м∙К после облучения λ = 13,1 + 5,5∙10-3 (Т - 273), Вт/м∙К.

Таблица 7 - Свойства материала оболочки твэла (циркониевый сплав Э-110, Н-1) [4]

Т, К r, кг/м3 ср, Дж/кг×К l,Вт/м×К а∙106, м2 a ∙106, 1/К ρэл∙108, Ом×м
19.3 10.3 5.77
18.5 5.95
18.1 8.8 6.13
18.0 8.4 6.31
18.3 8.1 6.49
18.9 8.1 6.68
19.8 8.2 6.86
21.1 8.4 7.04
22.7 10.1 7.22
25.5 11.2  
27.5 12.0  
29.5 12.6  
31.5 13.3  
33.5 14.0    
35.5 14.0    
Примечание: Температура плавления - 2130 К Температура фазового превращения - 1140 К Теплота плавления - 150¸160 кДж/кг Теплота фазового превращения - 42 кДж/кг Плотность при 298К – 6550 кг/м3 Плотность при Т ≤ 1100К: ρ(Т) » 6636 – 0.286Т, кг/м3 Теплоёмкость - при Т ≤ 1100К ср » 238 + 0.159Т, Дж/кг∙К - при 1100≤Т≤2000К ср » 281+ 0.0663Т, Дж/кг∙К Коэффициент теплопроводности - при Т ≤ 1100К λ » 23.5 – 0.0192Т + 1.68∙10-5Т 2,Вт/м∙К - при 1100 ≤ Т ≤ 2000К λ » 1.5 + 0.02Т, Вт/м∙К Коэффициент температуропроводности - определяется по формуле а = λ/(срρ), м2/с Коэффициент линейного расширения - при 300 ≤ Т ≤ 1100К α∙106(1/К) » 5.22 + 1.82∙10-3Т  

 

В ЯЭУ широко используются нержавеющие хромникелевые (аустенитные) стали марки 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т (табл.8). Эти стали являются основным конструкционным материалом для изготовления узлов ЯЭУ (внутрикорпусных устройств, теплообменников, парогенераторов, насосов, а также используются в качестве материала оболочки твэлов, например в судовых ВВЭР).

Таблица 8 - Свойства аустенитных сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т [4]

Т, ºС Т, К 08Х18Н10Т 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т
ср, Дж/кг×К l, Вт/м×К а∙106, м2/с a ∙106, 1/К ср, Дж/кг×К l, Вт/м×К а∙106, м2/с
18,7 4,47 17,2 18,9 17,4
19,4 4,50 17,7 20,5 17,8
20,1 4,51 18,2 21,8 18,2
20,8 4,53 18,7 23,5 18,6
22,2 4,70 19,2 24,7 19,1
23,4 4,83 19,7 26,4 19,4
24,8 5,00 20,2 28,5 20,0
26,1 5,15 20,7      
27,5 5,30 21,1      
28,9 5,46 21,6      

ср, - теплоемкость,Дж/кг×К;

l - коэффициенттеплопроводности, Вт/м×К;

а - коэффициент температуропроводности, м2/с;

a - коэффициент температурного расширения,1/К.

Список литературы

1. Шаповаленко В.В. Теплогидравлический расчет ЯР (конспект лекций по дисциплине). Севастополь: СНУЯЭиП, 2011.

2. Дементьев Б.А. «Ядерные энергетические реакторы». М: Энергоатомиздат, 1984.

3. Кириллов П.Л. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) / П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Кириллов П.Л. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. 2-е издание Москва.ИздАТ, 2007.

5. Лукьянов А.А. «Теплогидравлический расчет ядерного энергетического реактора». Севастополь: СИЯЭиП, 2000.

6. Программа Water Steam Pro Calculater. (составная часть набора программ для вычисления свойств воды и водяного пара. Версия 5.2.001. Сopyright МЭИ, 2000 г).

7. Шмелев В.Д. Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций (ОКБ ОКБ Гидропресс) / В.Д. Шмелев, Ю.Г. Драгунов, В.П. Денисов, И.Н. Васильченко. - М.: ИКЦ Академкнига, 2004.

 

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………………. 2

1.Компоновка и определение геометрических размеров

активной зоны реактора и ТВС…………………………………………………………… 5

2.Расчет расхода теплоносителя и его массовой скорости …………………………… 6

3. Расчет распределения линейной тепловой нагрузки по высоте твэл ………………… 9

4. Расчет температуры теплоносителя по высоте ТВС …………………………………. 10

5. Расчет коэффициента теплоотдачи ……………………………………………………. 11

6. Расчет распределения температуры оболочки твэла по высоте активной зоны

в наиболее теплонапряженном твэле в ТВС …...............................................................14

7. Определение паросодержания при поверхностном кипении …………………………15

8. Расчет распределения температуры ядерного топлива по высоте твэл ………………17

9. Определение запаса до кризиса теплоотдачи ………………………………………… 19

10. Расчет гидравлических сопротивлений в активной зоне …………………………… 22

Приложение 1 Графики ………….. ……………………………………………………… 26

Приложение 2 Справочный материал …………………………………………………… 31

Литература ……………………………………………………………………………… 35





Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 184.72.102.217 (0.023 с.)