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 |

Расчетно-экспериментальное исследование повторного залива модельных тепловыделяющих сборок ввэр при максимальной проектной и запроектной авариях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

базюк сергей сергеевич

расчетно-экспериментальное ИССЛЕДОВАНИЕ повторного залива модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР при максимальной проектной и запроектной авариях

Специальность: 01.04.14 – "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА – 2011

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре Инженерной теплофизики.

Научный руководитель: доктор технических наук, проф.

Кузма-Кичта Юрий Альфредович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Сергеев Виктор Васильевич

кандидат физико-математических наук

Волчек Александр Михайлович

Ведущая организация:

Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН (ИБРАЭ РАН)

Защита состоится 24 июня 2011 года в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 212.157.04 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.17, корп. Т, кафедра Инженерной теплофизики, комн. Т-206.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан мая 2011 года

Отзывы на автореферат с подписями, заверенными печатью учреждения, просим посылать на адрес: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.04

к.ф.–м.н., доцент __________ Мика В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За время существования атомной энергетики произошли аварии на различных АЭС и среди них - три наиболее крупные: Три Майл Айлэнд (28.03.1979), Чернобыльская (26.05.1986), Фукусима Даи-ичи (11.03.2011). Произошедшие катастрофы убеждают в необходимости проведения исследований максимальных проектных (МПА), запроектных (ЗПА) и тяжелых аварий на АЭС. Поэтому в настоящее время во всем мире, в том числе и в России, проводится более детальный анализ безопасности атомных станций на всех стадиях эксплуатации и, прежде всего, в условиях аварии ЯЭУ.

Знания о механизме каждой из стадий необходимы для анализа безопасности реакторной установки и поиска средств управления аварией. Исследование первой и второй стадий является наиболее целесообразным, так как принимаемые меры для предотвращения дальнейшего развития аварии в этих условиях наиболее эффективны. Однако если авария перешла в запроектную стадию, необходимо, чтобы и в этих условиях методы и средства управления аварией оставались эффективными для недопущения ее перехода в тяжелую стадию. Для разработки рекомендаций по управлению аварией на всех стадиях ее протекания для проектируемых и эксплуатирующихся АЭС необходимо исследовать повторный залив тепловыделяющих сборок (ТВС) в условиях, близких к реальным.



В настоящее время исследуется повторный залив с образованием водорода при моделировании проектных и запроектных аварий на одиночных имитаторах твэлов и модельных ТВС ВВЭР и PWR на стендах ПАРАМЕТР (подача охлаждающей воды снизу (НЗ), сверху (ВЗ) или комбинированным способом, Россия) и Quench (подача охлаждающей воды снизу, Германия).

Однако сложные геометрия каналов и структуры нестационарного многофазного потока, высокие параметры среды обусловливают трудности моделирования и недостаточную изученность процессов тепломассообмена, возникающих при аварийном охлаждении. Имеющиеся данные по повторному заливу модельных сборок ВВЭР крайне ограничены. Отсутствуют массивы данных и обобщающие соотношения по скорости фронта смачивания () одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР из штатных конструкционных элементов при заливе сверху и снизу в условиях разгерметизации и раздутия окисленных оболочек. Необходимо проводить верификацию существующих расчетных кодов для анализа процессов разогрева и охлаждения твэлов ВВЭР в условиях аварии с потерей теплоносителя при изменении площади проходного сечения. Необходимо разрабатывать методику оценки основных характеристик расхолаживания при повторном заливе снизу и сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР в условиях МПА и ЗПА. На решение вышеприведенных задач направлена настоящая работа, что обуславливает ее актуальность.

Целью работы является расчетно-экспериментальное исследование повторного залива одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР из штатных конструкционных элементов при максимальной проектной и запроектной авариях.

Научная новизна:

- впервые получены массив данных и обобщающее соотношение для скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР при заливе снизу в условиях разгерметизации и раздутия окисленных оболочек. Установлена зависимость от температуры оболочки, массового расхода охлаждающей воды и подведенного тепла. Показано, что на скорость фронта смачивания влияют также раздутие и разгерметизация оболочки, окисление поверхности и возможно изменение до 3 раз по длине и сечению модельной ТВС. Обнаружено, что известные соотношения в исследованных условиях предсказывают скорость фронта смачивания до 23 раз больше, чем в эксперименте;

- впервые получены массив данных и обобщающее соотношение для скорости фронта смачивания модельных ТВС ВВЭР из штатных конструкционных элементов с окисленными оболочками при заливе сверху. Установлена зависимость от температуры оболочки, массового расхода охлаждающей воды. Обнаружено, что влияние температуры оболочки на скорость фронта смачивания более существенное, чем при заливе снизу;

- обработаны температурные режимы 20 экспериментов по повторному заливу одиночных имитаторов твэлов (НЗ) и 23 – модельных 19-ти и 37-ми стержневых ТВС ВВЭР (НЗ и ВЗ) на стенде ПАРАМЕТР. Диапазоны изменения режимных параметров в опытах: с одиночными имитаторами – максимальная температура оболочки до залива Tст0 = 7601190 oC, расход подачи воды залива w = 12 78 кг/(м2·с), мощность, имитирующая остаточное тепловыделение, ql = 04,5 кВт/м, температура воды на входе в РУ Tвх = 20 оС; модельными ТВС ВВЭР – Tст0 = 5001160 oC (НЗ), Tст0 = 4601490 oC (ВЗ), w = 13 19,5 кг/(м2·с) (ВЗ), w = 4981 кг/(м2·с) (НЗ), Tнед = 80120 oC. Во всех экспериментах оболочки окисленные, а в ряде - раздутые и разгерметизированные;

- совместно с ОКБ “Гидропресс” подтверждена применимость расчетных моделей, реализованных в кодах КАНАЛ-97, КОРСАР/ГП, для анализа процессов разогрева и охлаждения твэлов ВВЭР при аварии с потерей теплоносителя в условиях изменения площади проходного сечения для теплоносителя до 5% вследствие раздутия их оболочек;

- усовершенствована балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания при повторном заливе снизу или сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР в условиях МПА и ЗПА, удовлетворительно описывающая опытные данные в диапазоне температур до 1200 оС.

Достоверность представленных в диссертации результатов обосновывается использованием на стенде ПАРАМЕТР современных приборов высокого класса точности, воспроизводимостью опытных данных при различной скорости опроса датчиков, проведением необходимых тарировок измерительных средств и выполнением баланса подведенного и отведенного от ТВС тепла.

Полученные массивы данных по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР согласуются с имеющимися представлениями об исследованных процессах.

Надежность предложенной методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной ТВС при повторном заливе подтверждается тем, что она основана на балансе подведенного и отведенного тепла и согласуется с результатами расчета и опытными данными, полученными для штатных конструкционных элементов активной зоны реактора ВВЭР в диапазоне температур до 1200 оС.

Рассчитанные максимальная температура оболочки одиночного имитатора твэла ВВЭР, время ее достижения и основные характеристики повторного смачивания в условиях МПА по двум лицензионным (КАНАЛ-97 и КОРСАР/ГП) и специально разработанному для проведения испытаний на стенде ПАРАМЕТР (PARAM-TG) кодам согласуются с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Данные по температурным режимам твэлов, изготовленных из штатных конструкционных элементов, в условиях МПА и ЗПА использованы для верификации кодов КОРСАР/ГП, КАНАЛ-97, предназначенных для анализа безопасности АЭС с ВВЭР, и кода PARAM-TG, разработанного для расчетного сопровождения экспериментов на стенде ПАРАМЕТР.

Полученные температурные режимы, созданные массивы данных и обобщающие соотношения по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР с окисленными, раздутыми и разгерметизированными оболочками могут быть применены при разработке и верификации моделей повторного залива при МПА и ЗПА как существующих, так и усовершенствованных теплогидравлических кодов улучшенной оценки.

Усовершенствованная балансовая методика позволила оценить основные характеристики расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной тепловыделяющей сборки ВВЭР и может быть использована при подготовке сценариев экспериментов по повторному заливу снизу или сверху как на стенде ПАРАМЕТР, так и на других установках.

Личный вклад автора состоит в:

- обработке температурных режимов 20 экспериментов по повторному заливу одиночных имитаторов твэлов (НЗ) и 23 – модельных 19-ти и 37-ми стержневых ТВС ВВЭР (НЗ и ВЗ) из штатных конструкционных элементов на стенде ПАРАМЕТР. Во всех экспериментах на одиночных имитаторах твэлов, а также в 9 – на модельных ТВС автор принимал непосредственное участие и выполнял пре- и посттестовые расчеты с помощью кода PARAM-TG;

- создании массивов данных и получении обобщающих соотношений по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР с окисленными при заливе сверху и раздутыми, разгерметизированными и окисленными оболочками – при заливе снизу;

- сопоставлении экспериментальных данных по максимальной температуре оболочки одиночного имитатора твэла ВВЭР, времени ее достижения и характеристик повторного смачивания в условиях МПА на стенде ПАРАМЕТР с результатами расчетов с помощью лицензионных кодов КОРСАР/ГП, КАНАЛ-97, выполненных совместно с ОКБ “Гидропресс”;

- усовершенствовании балансовой методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР и проведении сопоставления с опытными данными, полученными для штатных конструкционных элементов в диапазоне температур до 1200 оС.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

  1. Результаты расчетно-экспериментального исследования температурных режимов при повторном заливе снизу и сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР из штатных конструкционных элементов при максимальной проектной и запроектной авариях.
  2. Массивы данных и обобщающие соотношения по окисленных, раздутых и разгерметизированных одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР при заливе снизу и сверху в условиях МПА и ЗПА.
  3. Данные по температурным режимам одиночных имитаторов твэлов ВВЭР в условиях МПА, полученные в экспериментах на стенде ПАРАМЕТР, и результаты расчетов по коду PARAM-TG на стадии нагрева и по кодам КАНАЛ-97, КОРСАР/ГП совместно с ОКБ “Гидропресс” - на всех стадиях аварии, включая повторный залив, а также их сопоставление.
  4. Балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС ВВЭР при заливе снизу и сверху в условиях максимальной проектной аварии, применимая для штатных конструкционных элементов в диапазоне температур до 1200 оС.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на: XVII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, ЦАГИ, г. Жуковский, 2009 г.; Шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика”, МЭИ, г. Москва, 2010 г.; семинаре ИБРАЭ РАН, г. Москва, 22 сентября 2010 г.; Пятой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-5), МЭИ, г. Москва, октябрь 2010 г.; Семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика”, МЭИ, г. Москва, 2011 г.; заседании кафедры ИТФ МЭИ 6 апреля 2011 г.





Основное содержание диссертации отражено в 5 печатных работах, в том числе в одной статье в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Текст иллюстрируют 63 рисунка и 9 таблиц, список использованной библиографии составляет 48 пунктов. Общий объем диссертации составляет 125 машинописных страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы.

В первой главе анализируются имеющиеся исследования повторного залива одиночных имитаторов твэлов и модельных ТВС, даны описания кодов КАНАЛ-97, КОРСАР/ГП и PARAM-TG, используемых для расчета основных характеристик МПА и ЗПА. Сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приводятся описания экспериментального стенда ПАРАМЕТР, рабочих участков и методики исследования скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок в условиях максимальной проектной и запроектной аварий ВВЭР.

Основными элементами и устройствами стенда являются: рабочий участок с модельной ТВС; системы: электронагрева модельной ТВС и питания стенда, генерации и конденсации пара, аварийного залива модельной тепловыделяющей сборки снизу и сверху, обеспечения аргоном и гелием, контроля и анализа водорода, а также информационно-измерительная.

Рабочие участки. На стенде ПАРАМЕТР исследованы рабочие участки (РУ) с одиночными имитаторами твэлов и модельными ТВС. Одиночный имитатор твэла устанавливался в корпус 32х2х1490 мм, выполненный из стали 12Х18Н10Т. На боковой поверхности корпуса расположены штуцеры входа и выхода аргона, пара и охлаждающей воды для осуществления залива твэла снизу. Снаружи корпуса рабочего участка установлен слой теплоизоляции толщиной 34 мм из двуокиси циркония ZYFB-3 или шамотного кирпича ШВП-350. Электроизоляция нагревателя твэла обеспечивается верхним и нижним металлокерамическими узлами (МКУ). В верхнем фланце установлены МКУ для ввода и герметизации датчиков температуры и давления. Конструкция рабочего участка обеспечивает проведение испытаний имитаторов

твэлов при температуре оболочки до 1200 оС и давлении до 6,0 МПа.

Рис. 1. Рабочий участок стенда ПАРАМЕТР для испытаний модельных ТВС в условиях аварии с потерей теплоносителя (LOCA)

Корпус РУ для испытаний модельных ТВС (рис. 1) состоит из трех секций, соединенных фланцами. Верхняя секция предназначена для ввода в рабочий объем и герметизации имитаторов твэлов, термопар и трубок системы верхнего залива, подачи аргона при нижнем заливе,  вывода парогазовой смеси из рабочего участка в теплообменник - конденсатор, отвода и контроля объема воды, поступившей из модельной сборки при заливе сверху. Верхняя секция РУ состоит из корпуса, изготовленного из трубы 133х6 мм из нержавеющей стали и оснащенного кожухом водяного охлаждения, двух водоохлаждаемых фланцев, направляющего канала, экрана. В корпусе установлены штуцеры вывода парогазовой смеси, подачи аргона при нижнем заливе, отвода воды из модельной сборки при верхнем заливе.

Средняя секция предназначена для размещения модельной ТВС, теплоизоляции, системы регистрации и контроля параметров испытаний, а также компенсации температурных расширений обечайки. Корпус средней секции выполнен из стальной трубы 133х6 мм и оборудован кожухом водяного охлаждения. В корпусе соосно располагаются модельная тепловыделяющая сборка, цилиндрическая циркониевая обечайка 69,7х1,2 мм, слой теплоизоляции. Верхняя и нижняя разделительные мембраны вместе с компенсирующим сильфоном служат для герметизации исследуемой ТВС.

Нижняя секция рабочего участка служит для раздельной подачи пара, аргона и охлаждающей воды снизу в рабочий объем модельной сборки. Корпус нижней секции изготовлен из двух труб из нержавеющей стали 156х6х690 мм, 203х3х210 мм и снабжен нагревателем. В корпусе установлены штуцеры подвода пара, аргона, охлаждающей воды при нижнем и аварийном заливах. Верхний и нижний водоохлаждаемые фланцы используются для ввода токоподводов, термопар и слива воды.

Методика исследования. Согласно сценарию эксперимента происходят разогрев ТВС в потоке пара до максимальной температуры, предокисление оболочек при этой температуре и залив ТВС водой снизу или сверху. Согласно методике на каждой кривой (рис. 2) на стадии залива выделялись три характерные точки с резким изменением градиента температуры во времени, и скорость фронта смачивания определялась по формуле:

, (1)

где индекс к показывает соответствующую характерную точку, для которой выполняется расчет; i – номер термопары на данном имитаторе твэла.

Рис. 2. Методика определения скорости фронта смачивания


Pages:   || 2 |
 

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.