WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В работе представлены результаты испытаний разработанных конструкций имитаторов твэлов косвенного нагрева. Методика испытаний была разработана таким образом, чтобы при испытаниях обеспечить режимные параметры характерные при моделировании аварийных режимов на электрообогреваемых стендах. Методика испытаний включала 2 этапа. На 1 этапе имитатор твэла испытывается в циклическом режиме наброса мощности до номинального значения и сброса мощности до 0. На 2 этапе в режиме осущения оболочки имитатора твэла при мощности, соответствующей уровню остаточного тепловыделения (температура оболочки разогревается до температуры ~800 0С), производится залив имитатора твэла охлаждающей водой. На основании проведенных испытаний подтверждена работоспособность разработанных конструкций. Температурные режимы опытного имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при набросах-сбросах мощности показаны на рис. 4, при заливе охлаждающей водой на рис. 5.

Рис. 4 Температурный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при циклических испытаниях набросов-сбросов мощности

Рис. 5 Температурный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при испытаниях заливом охлаждающей водой

В течение 2001-2004 гг. на моделе ТВС РУ ВВЭР-1000 с имитаторами твэлов разработанной конструкции, на стенде ПСБ ВВЭР-1000 выполнено 27 пусков на мощности соответствующей остаточному тепловыделению. Имитаторы твэлов в самых экстремальных условиях при режимах запаривания модели ТВС (температура на оболочках достигала 950 0С) работали надежно и безотказно. Это позволило реализовать ряд сценариев аварийных режимов важных для обоснования безопасности АЭС с ВВЭР.

В третьей главе представлены результаты разработки имитатора твэла прямого нагрева. Разработка проводилась для твэла ТВС PWR. Как показано во второй главе предельная плотность теплового потока имитатора твэла косвенного нагрева составляет ~1,5 МВт/м2. Последнее не дает возможности использовать имитаторы твэлов косвенного нагрева в исследованиях кризиса теплоотдачи.

При исследованиях кризиса теплоотдачи с использованием имитаторов твэлов прямого нагрева, профиль тепловыделения обеспечивается изменением толщины стенки оболочки имитатора твэла. Основной недостаток известных конструкции имитаторов твэлов прямого нагрева заключается в том, что они некорректно моделируют профиль тепловыделения по длине. В работе предложены конструкция и технология изготовления имитаторов твэлов прямого нагрева, устраняющая этот недостаток. Предложено заменить плавный профиль полномасштабного имитатора твэла на ступенчатый профиль. При этом «разностенная» оболочка имитатора твэла формообразуется из единой заготовки, а не из отдельных частей с различными толщинами стенок как у известных конструкций имитаторов твэлов. Тем самым в местах перехода с одной ступени профиля на другую исключаются его искажения. Разработанная конструкция имитатора твэла прямого нагрева РУ PWR показана на рис. 6.

Рис. 6 Имитатор твэла прямого нагрева РУ PWR

1 – Медный токотвод, 2 – Медный токоподвод, 3 –Оболочка( нагревательный элемент)

Для изготовления оболочки (нагревательной части) был выбран хромоникелевый сплав 42ХНМ ТУ14-1-5436-2001. Выбор сплава связан с особенностями работы имитаторов твэлов прямого нагрева, используемых для исследований кризиса теплоотдачи. Она характеризуется скачками температуры, повышенными термомеханическими нагрузками и обеспечением стабильных параметров проведения экспериментальных исследований, одним из которых является активное электрическое сопротивление имитатора твэла. Сплав 42ХНМ ТУ14-1-5436-2001 отличается незначительной зависимостью электрического сопротивления от температуры, высокими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью в водной среде. В работе описан порядок получения требуемого ступенчатого профиля оболочки из единой заготовки применительно к имитатору твэла РУ PWR, при котором толщина стенки оболочки полномасштабного имитатора твэла плавно ступенчато меняется от 0,59 мм в центре до 1,89 мм на концах.

На основе изготовленной партии имитаторов твэлов прямого нагрева, разработанной конструкции, была сформирована 25-стержневая модель ТВС PWR. В РНЦ «Курчатовский институт» на ней были выполнены исследования кризиса теплоотдачи. Выявлено 198 кризисных режима. Выхода из строя имитаторов твэлов не зафиксировано. Модель ТВС эксплуатировалась в режиме кипения при высоких тепловых потоках и паросодержании более 400 часов.

В четвертой главе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований теплофизических характеристик разработанных имитаторов твэлов в стационарных и динамических режимах.

Теплофизические характеристики имитатора твэла косвенного нагрева в стационарных режимах работы можно оценить, зная теплофизические характеристики материалов и расчетное распределение температуры по длине и сечению имитатора твэла. В связи с тем, что справочные данные по свойсвам противоречивы, было проведено экспериментальное определение коэффициента теплопроводности периклаза в диапазоне рабочих температур изолирующего слоя имитаторов твэлов косвенного нагрева. Для этого был изготовлен экспериментальный образец имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, оснащенный термопарами для измерения температуры оболочки и поверхности нагревательного стержня. Экспериментальные исследования проводились в стационарных условиях при режимных параметрах близким к рабочим для имитатора твэла. Коэффициент теплопроводности периклаза был определен из решения уравнения теплопроводности, записанного для слоя периклаза и оболочки в предположении, что тепло передается только в радиальном направлении:

, (2)

где ql — линейный тепловой поток,

dп — наружный диаметр слоя периклаза,

dн — диаметр нагревательного стержня,

tц — температура нагревательного стержня,

tп — температура на наружной поверхности слоя периклаза.

На рис. 7 показаны зависимость п от средней температуры по толщине слоя периклаза.

Рис. 7 Зависимость коэффициента теплопроводности периклаза от температуры

Как видно из рис. 7, зависимость п = f(t) имеет достаточно сложный характер. При температурах ~ 650 750 оС п имеет минимальное значение, при увеличении температуры выше 750 оС п увеличивается. Характер полученной зависимости коэффициента теплопроводности соответствует характеру зависимости полученной на образцах ТЭН, но значения коэффициента теплопроводности превышают ~ в 2 раза, что связано с конструктивным отличием вида нагревателя в ТЭН и имитаторе твэла.

Расчет распределения температур в стационарных условиях проводился для имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, имеющего номинальную для твэла мощность и неравномерный профиль тепловыделения. Для этого весь имитатор твэла разбивался на 10 участков по длине, и на слои по сечению: по одному слою оболочка и нагревательный стержень и 5 слоев периклаз. Результаты расчета температур позволили вычислить теплоемкость и аккумулированную теплоту имитатором твэла при работе на номинальной мощности. Полученное значение аккумкулированной теплоты составляет 93% от теплоты аккумулированной при тех же условиях твэлом, что свидетельствует о достаточно удовлетворительном моделировании теплофизических характеристик твэла в стационарных условиях.

Для определения характеристик, разработанных имитаторов твэлов в динамических условиях необходимо знать закономерности регулярного режима в телах с внутренними источниками тепла. Если при нагревании тел без внутренних источников тепла конечное распределение температуры тела равномерное, то при наличии внутренних источников энергии предельное тепловое состояние к которому стремится тело, является неравновесным и конечное поле неравномерным. Обозначим неравновесную температуру стационарного теплового состояния тела через

, (3)

где (4)

и (5)

Решение для средней по объему избыточной относительной температуры тела имеет вид :

(6)

а выражение для темпа нагревания или охлаждения запишется как функция тех же величин, что и при нагревании или охлаждении тела без внутренних источников тепла, т.е.

(7)

где – неравновесная температура стационарного теплового состояния тела,

– время,

tс – температура окружающей среды,

t0, –температуры тела (начальная, средняя по объему).

Таким образом, основной признак регулярного режима сохраняет тот же вид, но под величиной средней избыточной температуры тела понимается разность. Следовательно, для тел с постоянно действующими источниками тепла, имеющимися внутри тела или на его границах, при переходе от одного теплового состояния тела к другому (от начального к конечному), температура любой точки тела по истечению известного времени с начала процесса будет изменяться по экспоненте.

Известно что, для тел с внутренними источниками тепла темп нагревания и темп охлаждения численно равны между собой, т.е. m1 = m2 = m, а, следовательно, темп нагревания тела не зависит от мощности источников и их расположения в теле. На основе этого положения предложено наиболее оптимальное (наибольшая точность) определение m с источниками тепла. После нагрева тела следует выключить источник энергии (qv=0) и снять зависимость температуры охлаждающего тела от времени и результаты измерений нанести на полулогарифмический график ln(Т-Тс)=f(), где Тс - температура внешней среды.

(8)

Определение характеристик инерционности имитатора твэла косвенного нагрева проводилось для имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, имеющего номинальную для твэла мощность и неравномерный профиль тепловыделения. Экспериментальные данные по температурным режимам имитатора твэла при охлаждении его после снятии электрической нагрузки получены при испытаниях на работоспособность конструкции в режиме набросов-сбросов мощности (рис. 4). Полулогарифмический график изменения температуры имитатора твэла для одного цикла охлаждения показан на рис. 8. На этом же рисунке показаны результаты расчетов ФГУП ЭНИЦ, выполненными с помощью расчетного кода RELAP5, для режима охлаждения с аналогичными начальными и граничными условиями. На основании зависимости (8) теории регулярного режима и полученных экспериментальных и расчетных данных были определены темп охлаждения и постоянная термической инерции для исследованных имитаторов твэлов и реального твэла.

Рис.8 Полулогарифмический график изменения температуры имитаторов твэлов и реального твэла для одного цикла охлаждения

Полученные результаты показали, что показатели термической инерции для имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла близки. Поэтому можно утверждать, что использование разработанных имитаторов твэлов косвенного нагрева позволяет удовлетворительно моделировать на интегральных стендах безопасности ПСБ ВВЭР-1000 и ПСБ РБМК поведение реальных твэлов в аварийных режимах.

ВЫВОДЫ

  1. Анализ известных конструкций имитаторов твэлов показал, что не существует универсальной конструкция удовлетворяющей всем требованиям. Существующие конструкции имитаторов твэлов прямого нагрева не позволяют с удовлетворительной точностью моделировать профиль тепловыделения твэла. Имитаторы твэлов косвенного нагрева требуют доработки конструкции в плане увеличения допустимой плотности теплового потока до значений, соответствующим номинальным для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000, повышения надежности работы, приближения их теплофизических характеристик к характеристикам твэлов.
  2. Впервые предложены конструкция и технология изготовления имитатора твэла на базе ТЭН, использующие промежуточную оболочку. Размещение термопар производится между промежуточной и основной оболочками, за счет чего достигается минимальная толщина и высокая теплопроводность электроизоляционного слоя. Экспериментальными исследованиями в стационарных условиях работы подтверждена работоспособность разработанной конструкции имитатора твэла косвенного нагрева при плотности теплового потока до 1,5 МВт/м2.
  3. На базе предложенной конструкции имитатора твэла косвенного нагрева с промежуточной оболочкой разработаны конструкции имитаторов твэлов с плотностью теплового потока соответствующей номинальным значениям для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000. В имитаторе твэла РУ РБМК впервые смоделирован адиабатический участок между нижней и верхней частями ТВС РУ РБМК.
  4. Впервые предложена конструкция и технология изготовления имитатора твэла прямого нагрева, обеспечивающая получение профиля тепловыделения с заданной точностью.
  5. На основании расчетно-экспериментальных исследований определены теплофизические характеристики имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла в стационарных и динамических режимах. Показано, что характеристики имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла близки. Последнее позволяет утверждать, что с помощью разработанных имитаторов твэлов косвенного нагрева с удовлетворительной точностью можно моделировать аварийные режимы.
  6. С использованием разработанных имитаторов твэлов в ФГУП ЭНИЦ и РНЦ «Курчатовский институт» проведен широкий круг исследований аварийных режимов и кризиса теплоотдачи.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»