Теплогидравлика новой конструкции. ТВС для реакторов IV поколения со сверхкритическими параметрами теплоносителя

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
ИАТЭ НИЯУ «МИФИ»
Физико-энергетический факультет
Кафедра «Оборудования и эксплуатации ядерных
энергетических установок»
ТЕПЛОГИДРАВЛИКА НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
ТВС ДЛЯ РЕАКТОРОВ IV ПОКОЛЕНИЯ СО
СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Выполнил:
Студент гр.Э1-С09
Рудольф Д. А.
Руководитель:
доцент кафедры
теплофизики, д.т.н.
Чусов И.А.
ОБНИНСК - 2015

2.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Цель работы
1. Оценить
с
точки
зрения
теплогидравлики
возможность
применения новой типа ТВС с поперечным расположением
твэлов в реакторах IV поколения на СКП.
2. Расчетным
потерь
в
путем
ТВС
обосновать
новой
величину
конструкции
с
гидродинамических
учетом
изменения
относительного шага решетки.
3. Оценить температуру теплоносителя на выходе из поперечного
пучка твэлов, а также коэффициент теплоотдачи.
4. На основании вычислительных экспериментов показать, что
активная зона набранная из твэлов с поперечным расположением
является более короткой, нежели «классическая».
2

3.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Актуальность работы
Обусловлена
разработкой
быстрых
реакторов
четвертого
поколения со сверхкритическими параметрами теплоносителя.
Необходимостью
теплотехнического обоснования надежности
эксплуатации реакторных установок такого типа.
Необходимостью
обоснование
выработки
проектных
практических
и
рекомендаций
конструкторских
в
решений
определяющих конструктив активной зоны, ТВС и геометрической
ориентации твэлов.
Расчетного
обоснования
концепции
схемы
движения
теплоносителя в объеме активной зоны – однозаходная или
двухзаходная.
3

4.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Исходные данные
Температура на входе в активную зону.
Геометрические характеристики ТВС и твэльного пучка.
Статическое давление в активной зоне.
Тип теплоносителя.
Скоростной напор теплоносителя.
Тепловой поток
Относительная точность расчета перепада давления на
модели ТВС.
4

5.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Схема циркуляции теплоносителя одного и двухходового реактора на СКП.
Конструкция ОКБ «Гидропресс» и ГНЦ РФ-ФЭИ, ИАТЭ
5

6.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Поведение теплофизических свойств воды при
приближении к критической точке
6

7.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Общий вид ТВС с поперечным расположением твэлов
(показана только проточная часть)
7

8. Расчетная модель

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Расчетная модель
8

9. Общий вид расчетной сетки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Общий вид расчетной сетки
9

10. Результаты гидродинамического расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты гидродинамического расчета
На примере расчетного эксперимента с S/d = 1,5
изменение давления по длине ТВС
10

11. Результаты гидродинамического расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты гидродинамического расчета
картина линий тока
11

12.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты гидродинамического расчета
S/d
ζ расч
ζ теор
ζ ном
1,2
38,83
16,69
40,95
1,3
34,17
14,80
37,37
1,4
28,09
11,08
31,32
1,5
24,11
9,95
27,54
12

13. Результаты теплового расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты теплового расчета
На примере расчетного эксперимента с S/d = 1,5
распределение температуры по сегменту ТВС
13

14. Результаты теплового расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты теплового расчета
результат распределения температуры в межтвэльном
пространстве
14

15. Результаты теплового расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты теплового расчета
S/d
Т вход, К
Т вых, К
Tсред, К
Подогрев
1,2
682
854
768
172
1,3
682
808
745
126
1,4
682
754
718
72
1,5
682
732
707
50
15

16. Результаты теплового расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты теплового расчета
S/d
α, Вт/м2 К
1,2
56504
1,3
27048
1,4
18860
1,5
13932
16

17. Результаты теплового расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Результаты теплового расчета
S/d
перепад
1,2
483259
1,3
219387
1,4
115246
1,5
69327
17

18.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Заключение
1. Предложен принципиально новый тип тепловыделяющей сборки для
реакторов IV-го поколения на сверхкритических параметрах.
2. Проведены
вычислительные
эксперименты
с
различным
относительным шагом решетки.
3. По результатам расчета выполнена оценка коэффициента
гидравлического сопротивления, его сравнение с рекомендованными
табличными значениями.
4. Расчетным путем были получены величины подогрева и
температуры теплоносителя на выходе из а.з., а также значения
коэффициента теплоотдачи.
5. Разработанная модель может быть рекомендована для проведения
теплогидравлических расчетов с сильно изменяющимися свойствами
теплоносителя.
18

19.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Спасибо за внимание !
19