Теплогидравлический расчет номинального режима работы реактора БН 600

1. Теплогидравлический расчет номинального режима работы реактора БН 600

Теплогидравлический расчет
номинального режима работы
реактора БН 600

2. Интегральные параметры реактора

Тепловая мощность реактора Q = 1480 МВт
По заданным в проекте Твх = 377 С, Твых = 550 С,
и давлению в активной зоне P = 0.14 МПа расход теплоносителя в первом контуре
I вх 377 С, 0.14 МПа 0.4952 106 Дж/кг
I вых 550 С, 0.14 МПа 0.7278 106 Дж/кг
G
I вх
Q
6363 кг/с
377 С, 0.14 МПа I вых 550 С, 0.14 МПа

3. Функция тепловыделения

Для гомогенного реактора с отражателями
H = 0.75 м – заданная из проекта длина тепловыделяющей части твэл

4.

Функция тепловыделения
Величину Hэф удобно определять по заданному в проекте коэффициенту
неравномерности по высоте активной зоны, Kz = 1.25.
ql 0
Kz
ql
после интегрирования
H
H
2
πz
H cos H эф d z
2
πH πH
K z sin
2H 2H
эф
эф
Hэф = 1.04 м

5.

Функция тепловыделения
Величина qlo определяется на один твэл. По проекту количество
тепловыделяющих сборок Nтвс = 370, количество твэл в кассете Nтв = 127.
Q
N твс N тв
H
2
πz
q
cos
d
z
l
0
H
H
эф
2
ql0 = 52530,0 Вт/м

6.

Температура теплоносителя по высоте активной зоны
N N
Tж z Tвх тв твс
G cp
z
q d
cp
l
H
2
I вых I вх
= 1344.51 Дж/(кг К).
Tвых Tвх
TempFluid
600
550
500
450
400
Температура теплоносителя везде меньше,
чем температура насыщения при заданном
давлении, Ts=882.8 C, что свидетельствует
об отсутствии развитого кипения.
z
0.3
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3

7.

Гидравлические характеристики кассеты
Площадь проходного сечения Sпрох
В реакторе используются шестигранные кассеты с размером «под ключ» 96 мм и
толщиной стенки 1.0 мм, в кассете находятся 127 тепловыделяющих элементов
диаметром 6.9 мм.
3 96 2 1
π 6.92
Sпрох
127
2
4
2
= 2903.31 мм2
Гидравлический диаметр d г
П смач
4 Sпрох
П смач
6 96 2 1
127 π 6.9 =3078.6 мм
3
dг
4 Sпрох
Псмач
3.77 мм.

8.

Коэффициент теплоотдачи в режиме турбулентного
стационарного течения несжимаемой жидкости
Re 10 4 ; 5 106 , Pr 1.
Лайон
Nu 7 0.025 Pe
0.8
Nu
α конв d г
λ
Свойства натрия при средних давлении и
температуре в реакторе
ρ 905.7 кг/м ;
3
μ 7.763 10
4
Па с;
λ 81.74 Вт/(м К);
3
Pr 7.828 10 .
dг
G
4.69 104
Re
S
μ
N
прох твс
Pe Re Pr 367
конв= 213000 Вт/(м2 К)

9.

Коэффициент теплоотдачи в режиме турбулентного
стационарного течения несжимаемой жидкости
Re 10 4 ; 5 106 , Pr 1.
Субботин
Nu 5 0.025 Pe
0.8
Nu
α конв d г
λ
Свойства натрия при средних давлении и
температуре в реакторе
ρ 905.7 кг/м ;
3
μ 7.763 10
4
Па с;
λ 81.74 Вт/(м К);
3
Pr 7.828 10 .
dг
G
4.69 104
Re
S
μ
N
прох твс
Pe Re Pr 367
конв= 169000 Вт/(м2 К)

10.

Коэффициент теплоотдачи в режиме турбулентного
стационарного течения несжимаемой жидкости
Re 3 103 ; 106 , Pe 2 10 4.
Чистые металлы
Nu 4.82 0.0185 Pe
0.8
αконв dг
Nu
λ
Свойства натрия при средних давлении и
температуре в реакторе
ρ 905.7 кг/м ;
3
μ 7.763 10
4
Па с;
λ 81.74 Вт/(м К);
3
Pr 7.828 10 .
dг
G
4.69 104
Re
S
μ
N
прох твс
Pe Re Pr 367
конв= 157000 Вт/(м2 К)

11.

Коэффициент теплоотдачи в режиме турбулентного
стационарного течения несжимаемой жидкости в
продольно омываемых пучках стержней
Nu 24.15 8.12 12.76 s 3.65 s 2
0.0174 1 Exp 6 s 1 Pe 200
0.8
Свойства натрия при средних давлении и
температуре в реакторе
ρ 905.7 кг/м ;
3
μ 7.763 10
4
Па с;
λ 81.74 Вт/(м К);
3
Pr 7.828 10 .
Pr 1, 1.1 s
b
d твэл
1.5.
α конв d г
Nu
Pe Re Pr 367
λ
s
7.95
1.15.
6.9
конв= 178000 Вт/(м2 К)

12.

Коэффициент теплоотдачи в режиме турбулентного
стационарного течения несжимаемой жидкости в
продольно омываемых пучках стержней
Nu 6 0.006 Pe
Nu
α конв d г
λ
Свойства натрия при средних давлении и
температуре в реакторе
ρ 905.7 кг/м ;
3
μ 7.763 10
4
Па с;
λ 81.74 Вт/(м К);
3
Pr 7.828 10 .
dг
G
4.69 104
Re
S
μ
N
прох твс
Pe Re Pr 367
конв= 148000 Вт/(м2 К)

13.

Температура поверхности оболочки твэл
ql z
В среднем коэффициент теплоотдачи
Tоб z Tж z
конв =173000 Вт/(м2 К)
π d тв α конв
TempCover
600
550
500
450
400
0.3
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
z

14.

Максимальная температура топливной композиции
Rтерм
2
d тв 2 δ об
d тв
d
вн
ln
ln
2
d 2 δ об
d топ
d топ
1
2
тв
1
ln
2
2
2 π λ об
2 π λг
4 π λ топ
d
d топ d вн вн
2 2
Характеристики твэл
Материал топлива
UO2
Материал оболочки
сталь
Внешний диаметр твэла dтв , мм
6,9
Внешний диаметр топливной таблетки dтоп , мм
6,0
Внутренний диаметр топливной таблетки dвн , мм
1,8
Теплопроводность топлива топ, Вт/(м К)
3,0
Толщина оболочки об, мм
0,4
Теплопроводность оболочки об, Вт/(м К)
21,7
Эффективная
теплопроводность
зазора
г, 0,35
Вт/(м К)
Rтерм= 0.0286289 (м К)/Вт

15.

Максимальная температура топливной композиции
Tц z Tоб z ql z Rтерм
TempFuel
2000
1800
1600
1400
1200
0.3
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
z