авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обоснование энергетических и теплофизических характеристик реактора см при модернизации активной зоны

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Чертков Юрий Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕАКТОРА СМ
ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ АКТИВНОЙ ЗОНЫ

Специальность 01.04.14 –

Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико – математических наук

ТОМСК - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский политехнический университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук Старков Владимир Александрович
Официальные оппоненты: профессор, доктор физико-математических наук Гуревич Михаил Исаевич профессор, доктор физико-математических наук Кузнецов Гений Владимирович
Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.A. Доллежаля» (ФГУП «НИКИЭТ имени Н.А. Доллежаля»), г. Москва

Защита состоится “17” марта 2009г. в 14:30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 212.025.01 при Том­ском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, Томская обл., пр. Ленина, 2, ауд. 228 Т/ф: 8 (3822) 52-83-94.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ТПУ по адресу: 634050, г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан “ ” февраля 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских
и кандидатских диссертаций ДС 212.025.01

канд. физ.-мат. наук, доцент О.Ю. Долматов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Актуальность работы определяется необходимостью проведения большого объема ускоренных высокодозных испытаний реакторных материалов для решения задачи государственного значения- продления ресурса действующих энергоблоков АЭС до 60 лет и более. Такие испытания необходимы также для разработки новых материалов для реакторов деления на быстрых нейтронах и реакторов синтеза.

Модернизация активной зоны реактора СМ, проведенная в 2002-2005 годы, заключалась в создании новых возможностей для материаловедческих облучений. Эти возможности были реализованы в создании внутри активной зоны новых ампульных и петлевых каналов, что в целом позволило увеличить экспериментальные объемы в нейтронном поле с большой долей высокоэнергетической компоненты с 0.9 л до 4.1 л.

Кроме основного требования к облучательным объемам иссле­довательского реактора обеспечить высокую (>20 сна/год) скорость повреж­дения материалов необходимо предусмотреть возможность размещения устройств для контроля и регулирования условий испытаний, а также нужного водно-химического режима.



Компоновка и характеристики активной зоны реактора СМ были изменены таким образом, чтобы в ней можно было разместить до двух петлевых каналов большого диаметра, обеспеченных средствами контроля и регулирования режима испытаний.

Цель исследований – Расчетно-экспериментальное изучение теплофизических и нейтронно-физических эффектов вызванных модернизацией реактора СМ, определение теплофизических условий работы активной зоны.

Для достижения этой цели автор решал следующие задачи:

- разработка расчетно-методического обеспечения и его тестирование;

- проведение расчетных исследований существующей и поисковых исследований характеристик модернизированной активных зон реактора СМ;

- расчетное обоснование характеристик экспериментальных каналов в условиях модернизированной активной зоны;

- обоснование режимов, безопасности и расчетное сопровождение реакторных испытаний опытных тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС) для модернизированной активной зоны;

- предтестовое обоснование и расчетное сопровождение процесса перевода активной зоны реактора СМ-3 на модифицированные ТВС и твэлы с повышенной загрузкой по урану.

Решение поставленных задач позволило получить ряд теоретических и экспериментальных результатов, определяющих научную новизну работы:

- впервые создана полномасштабная гетерогенная (потвэльная) расчетная модель реактора СМ на основе прецизионной программы MCU и расчетная методика для оценки теплофизических параметров работы твэлов;

- получены, систематизированы и проанализированы теплофизические и нейтронно-фи­зические характеристики активной зоны реактора СМ;

- установлены и систематизированы закономерности формирования поля тепловыделения по объему активной зоны при частичных перегрузках топлива и при движении органов регулирования;

- обоснованы предложенные технические решения по увеличению экспериментальных объемов в массиве активной зоны, получены и исследованы ее характеристики в новой компоновке;

- проведено обоснование работоспособности и эксплуатационной надежности опытных твэлов и ТВС в новых условиях модернизированной активной зоны;

- обоснован алгоритм и проведено расчетное сопровождение перевода реактора на модернизированное топливо с использованием процедуры штатных перегрузок топлива без применения каких-либо дополнительных мер.

Практическая значимость работы:

- впервые создана полномасштабная расчетная модель реактора СМ на базе прецизионной программы MCU и методика потвэльных расчетов теплофизических и нейтронно-физических параметров, применение которых позволило отказаться от гомогенизации, излишнего консерватизма при проведении расчетов, повысило достоверность получаемых результатов;

- результаты работы явились основой и вошли в состав технического проекта активной зоны реактора, а также реализованы в техническом проекте ТВС, твэла, регламенте и эксплуатационной документации реактора;

- реализация обоснованных в диссертации решений позволила улучшить технико-экономические характеристики активной зоны реактора (выгорание выгружаемого топлива увеличилось в среднем с ~31,4 % до 36,4 %, годовое потребление урана уменьшилось с 102,9 кг до 82,3 кг, годовой расход ТВС сократился с 101 шт. до 69 шт.).

Полученные в работе результаты позволили осуществить в 2005 году модернизацию активной зоны реактора СМ.

На защиту выносятся:

- расчетная модель и методика гетерогенных (потвэльных) расчетов теплофизических и нейтронно-физических характеристик активной зоны реактора СМ;

- закономерности изменения нейтронно-физических и теплофизических характеристик различных компоновок активной зоны реактора СМ при перемещении регулирующих органов;

- результаты расчетного моделирования облучения штатных и опытных ТВС, их материаловедческих исследований;

- теплофизические и нейтронно-физические характеристики реактора СМ при работе на ТВС с повышенным содержанием урана.

Личный вклад автора.

Лично автором и при его непосредственном участии:

- разработана и проведено тестирование полномасштабной численной модели реактора, программного-методического обеспечения расчетов, основанного на гетерогенном подходе;

- получены расчетные результаты, представленные в диссертации;

- обобщена информация, проведен системный анализ результатов исследования влияния режима перегрузок и перемещения органов регулирования на распределение энерговыделения по активной зоне;

- получены характеристики каналов облучения, проведен анализ влияния на них компоновки активной зоны;

- проведено моделирование условий испытаний опытных твэлов и ТВС, проанализированы и проведена обработка результатов послереакторных исследований, получены зависимости мощностных параметров и коэффициентов неравномерности распределения энерговыделения от выгорания топлива;

- разработан сценарий и осуществлено сопровождение перевода реактора со штатного топлива на твэлы с повышенным содержанием урана и модифицированные ТВС.

Апробация диссертации и публикации.

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на:

- всероссийской конференции «Экспериментальное обоснование проектных, конструкторских и технологических решений в инновационных разработках ядерной энергетики». 4 – 8 декабря 2006 г., Димитровград, НИИАР;

- международной конференции «Исследовательские реакторы в 21 веке». 21.06.2006., Москва, НИКИЭТ.

Основное содержание диссертационной работы отражено в 41 научной работе, в том числе в 1 статье в журнале «Атомная энергия», рекомендованном ВАК, в 11 статьях в сборниках трудов ГНЦ РФ НИИАР, в 7-ти тезисах докладов на конференциях и в 22 научно-технических отчетах, являющихся основой диссертации.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка используемой литературы. Материалы работы изложены на 145 страницах, включая 38 рисунков и 29 таблиц. Библиографический список включает 114 наименований.

Краткое Содержание работы

Первая глава работы посвящена анализу особенностей реактора СМ-3, в ней рассмотрена концепция модернизации активной зоны, предложена методика нейтронно-физических расчетов, с помощью которой планировалось обоснование модернизации и осуществлялось сопровождение всех входящих в нее экспериментальных работ.

Проведенный этап модернизации реактора СМ основывался на использовании твэлов штатной конструкции, но с повышенным содержанием в них 235U. В реакторе должна была быть создана возможность установки новых каналов облучения. Для этого штатные ТВС должны были постепенно заменены на новые, с твэлами, содержащими большее количество урана.

Сложная гетерогенная конструкция активной зоны реактора СМ, высокая неравномерность распределения энерговыделения и высокая плотность потока тепла с поверхности твэлов, доходящая (в среднем по периметру твэла) до 15 МВт/м2, определяют необходимость расчета нейтронных функционалов практически в каждом твэле, число которых составляет более 6000. Созданная на основе последних версий кода MCU расчетная полномасштабная модель реактора СМ позволяет задать практически точное положение и материальный состав всех твэлов в активной зоне, как свежих так и имеющих любую глубину выгорания, и рассчитать в каждом из них значения энерговыделения.

Максимальная плотность потока тепла с поверхности твэлов реактора СМ оценивается по формуле:

где: Qp – мощность реактора (МВт), NТВС – число ТВС в активной зоне, Кs, Kz, Kk – коэффициенты неравномерности распределения энерговыделения по ячейкам активной зоны, по ее высоте и по сечению ТВС, НАЗ – высота активной части (0.346м), РТВ – периметр поперечного сечения твэла (0,016826 м).

Критическое значение теплового потока с поверхности крестообразных твэлов типа СМ, при котором начинается кризис теплообмена оценивается по формуле (НИКИЭТ), полученной путем аппроксимации экспериментальных данных:

Где: IВХ – энтальпия водяного теплоносителя на входе в активную зону,
d – описанный диаметр твэла, l – длина твэла, w – массовая скорость теплоносителя.

Коэффициент запаса до кризиса теплообмена определяется по формуле: Кзап = qкр / qмах.

Основные расчетные теплофизические параметры работы максимально - напряженного твэла (твэла с максимальной плотностью потока тепла) и ТВС с этим твэлом приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры работы ТВС и максимально-напряженного твэла.

№п/п Параметр Величина
1 Мощность ТВС, МВт 4.85
2 Коэффициент неравномерности распределения энерговыделения: - по сечению ТВС - по высоте активной части 2.16 1.30
3 Скорость теплоносителя, м/с 10.6
5 Давление теплоносителя, МПа 5.0
6 Температура теплоносителя на входе в ТВС, оС 50
7 Температура теплоносителя на полувысоте активной части, оС 104
8 Максимальная плотность теплового потока, МВт/м2 15
9 Максимальное объемное энерговыделение в сердечнике, Вт/м3 3.22 1010
10 Коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м2 оС) 54470
11 Средняя температура наружной поверхности оболочки, оС 280




Работоспособность штатных твэлов реактора СМ надежно доказана при средней по периметру плотности теплового потока 15 МВт/м2 и максимальной температуре сердечника 560°С.

Прежде чем проводить расчеты по обоснованию модернизации реактора СМ необходимо было определить расчетные значения существующей компоновки его активной зоны. В результате расчетного рассмотрения большой выборки предшествующих кампаний этого реактора были выбраны две из них, картограммы загрузки активной зоны в которые создавали наибольшие неравномерности распределения энерговыделения и наибольшие значения тепловых нагрузок.

В начале второй главы были проанализированы нейтронно-физические параметры существующей активной зоны и их зависимость от положения регуляторов (и особенно при регламентном движении этих органов): эффективность и градуировочные характеристики органов регулирования, распределение энерговыделения по высоте активной зоны, распределение энерговыделения по ячейкам активной зоны, максимальные значения коэффициентов неравномерности по ячейкам активной зоны, распределение и максимальные значения плотности теплового потока с поверхности твэлов.

На рис. 1 и 2 показаны полученные аппроксимацией результатов расчета методом наименьших квадратов зависимости максимальной плотности теплового потока (qsmm, МВт/м2) от положения регуляторов КО и ЦКО.

Положение КО, см Положение ЦКО, см
Рис. 1. Линии одинакового уровня qsmm на поверхности твэла. Линия ABCDE соответствует регламентному порядку извлечения регуляторов. Рис. 2. Расчетные диаграммы изменения qsmm в активной зоне реактора СМ в процессе кампании (при регламентном извлечении регуляторов).


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.