Теплогидравлический расчет технологического канала (125736)

Посмотреть архив целиком

ВВЕДЕНИЕ


Курсовой проект по дисциплине "Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках" выполняется после изучения теоретического курса с целью выполнения следующих основных задач:

- закрепление и углубление знаний, полученных студентами при изучении курсов "Теория ядерных реакторов", "Ядерные энергетические реакторы","Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках";

- расширение круга знаний студентов путем изучения специальной литературы, правил устройства и безопасной эксплуатации, инструкций, справочников, научно-технических статей и др.;

- развитие творческой инициативы студентов при самостоятельном решении поставленных перед ними задач;

- развитие у студентов навыков самостоятельного систематического, технически и литературно грамотного изложения в пояснительной записке, обоснования принятых решений, методов расчета и т.п.

В ходе выполнения курсового проекта была закреплена методика теплогидравлического расчета ядерных энергетических реакторов, изложение которой приведено в данных методических указаниях.

1. Задачи теплогидравлического расчёта водоохлаждаемого реактора

В энергетических ядерных реакторах теплота, генерируемая в топливе при его делении, отводится циркулирующим через активную зону теплоносителем. Мощность реактора ограничена теплопередающими возможностями теплоносителя. Поэтому для достижения высокой эффективности и безопасности ядерной энергоустановки необходимо знать параметры процессов отвода теплоты на всех этапах теплопередачи от активной зоны реактора до поступления пара в турбину.

К основным типам отечественных энергетических реакторов относятся корпусные реакторы с некипящей водой типа ВВЭР, канальные водографитовые реакторы с кипящей водой типа РБМК.

Теплогидравлический расчет реакторов вместе с физическим, прочностным и экономическим служит для обоснования проекта ядерной реакторной установки, ее теплотехнической оптимизации и повышения ее теплотехнической надежности. При теплогидравлическом расчете определяют распределение расхода теплоносителя по каналам реактора, давления и паросодержания по контуру циркуляции, температуры в элементах реактора, а также параметры оборудования первого контура установки.

Для проведения поверочного теплогидравлического расчета необходимо задавать исходные данные: технологическую схему первого контура, режимные параметры, конструкционные и теплотехнические характеристики активной зоны, гидравлические характеристики элементов контура циркуляции, теплофизические свойства материалов.

На стадиях эскизного, технического и рабочего проектов теплогидравлические расчеты ведут с разной степенью детализации при номинальных параметрах, частичных нагрузках, при запуске и расхолаживании реактора, аварийных ситуациях.

Многовариантные проектные расчеты проводятся с целью выбора оптимальной конструкции реактора и назначения оптимальных режимных параметров. Они носят оценочный характер, а результаты расчетов сопоставляются с лимитирующими факторами: допустимой температурой теплоносителя, замедлителя, оболочки и сердечника твэлов. Температурный диапазон работы материалов в энергетических ядерных реакторах составляет 200...2600°С. К лимитирующим факторам относятся также запас до кризиса теплоотдачи, допустимая скорость теплоносителя и т.п.

В связи со сложностью, взаимосвязанностью физических, теплофизических, гидродинамических процессов их математические модели громоздки и исследуются численно на ЭВМ. В рамках курсового проекта по курсу " Теплогидравлические процессы в ядерных энергетических установках" рассматриваются решения наиболее распространенных задач.



1. ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАНАЛА


1.1 Расчет основных геометрических характеристик канала и активной зоны


К числу основных геометрических характеристик активной зоны реактора типа РБМК относятся объем и диаметр активной зоны. Площадь одной ячейки активной зоны реактора типа РБМК согласно рисунка 1.1 определяют как:


(1.1)


где а - шаг решетки технологических каналов, м.

Количество ячеек в активной зоне N определяют по формуле (1.2). Проходное сечение ТВС изображено на рисунке 1.2.


(1.2)


1- блок графитовой кладки; 2 – осевое отверстие для ТВС; 3 – площадь ячейки.

Рисунок 1.1- К определению площади ячейки в графитовых реакторах.


а гидравлический и тепловой периметры и соответствующие диаметры:


(1.3)

(1.4)

(1.5)


Рисунок 1.2 - Схематический разрез канала реактора РБМК-1000


(1.6)


В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

-внутренний диаметр трубы рабочего канала, м; п - число твэлов в канале; d2 - наружный диаметр оболочки твэла, м; dц - диаметр центральной трубки ТВС, м.


1.2 Определение координаты точки закипания


Определение координаты точки закипания, как и весь тепло-гидравлический расчет, выполняется для одного канала: со средней тепловой нагрузкой. При выполнении расчета канал расчленяется на участки длиной ДЖ. Длина участка, как правило, принимается равной расстоянию между дистанционирующими решетками - рисунок 1.3. Расчетный сечениям присваиваются числовые значения координаты 2. При этом при расчете реактора РБМК в отличие от изложенного ранее для реактора ВВЭР в качестве координаты Z=0 принимают сечение на входе в канал. Вычислительный процесс по определении координаты точки закипания носит итерационный характер. Схема алгоритма этой процедуры изображена на рисунке 1.4.


1.2.1 Определении координаты точки закипания

При определении координаты точки закипания и в последующих расчетах необходимо располагать рядом характеристик теплофизических свойств теплоносителя. Для определения теплофизических свойств теплоносителя в технологическом канале предварительно принимают величину перепада давления в нем ДР= 0,2......0,4 МПа. По известным давлениям на входе и выходе (Рвых = Рвх_- ДР) определяются соответствующие этим давлениям теплофизические характеристики воды и пара на линии насыщения. В дальнейшем расчет ведется по среднеарифметическим (между входом и выходом) величинам:

давление среды , МПа;

энтальпия воды и пара на линии насыщения и , кДж/кг;

плотность воды и пара на линии насыщения и , кг/м3;

скрытая теплота парообразования , кДж/кг;

коэффициенты соответственно динамической и кинематической вязкости: , Па·с; , м2/с;

коэффициент поверхностного натяжения , Н/ч;

температура насыщения , °С;

коэффициент теплопроводности , кВт/(м·К);

изобарная теплоемкость , кДж/(кг·К).



1 - зазор между верхней и нижней ТВС; 2 - дистанционирующие решетки

Рисунок 1.3 - Схема расположения пучков ТВС в канале реактора РБМК


1.2.2 Определение теплофизическими свойствами воды

Для выполнения дальнейших расчетов необходимо также располагать теплофизическими свойствами воды на участке подогрева до температуры насыщения:

на входе в участок определяет энтальпию и плотность воды как функцию температуры и давления на входе


; ;


средние значения температуры, давления и плотности воды:



изобарная теплоемкость и коэффициент динамической вязкости:



Определенные таким образом теплофизические свойства принимаются в первом приближения идентичными для канала средней тепловой нагрузкой.


Рисунок 1.4 - Схема алгоритма определения координаты конца участка подогрева теплоносителя до температуры насыщения


1.2.3 Определение координаты точки канала закипания

Определение координаты точки канала закипания ведется итерационным способом (см. рисунок 1.4) на основании формулы:


(1.7)


где и - энтальпия воды соответственно на входе в канал и на линии насыщения при давлении на входе, кДж/кг; - термодинамическая производная [кДж/(кг·МПа)], которая определяется по данным [7] с помощью формул приближенного численного дифференцирования [14 ]:


(1.8)


Др - перепад давления на участке подогрева в предположении, что в нем течет вода при температуре насыщения, МПа ;

l - длина участка подогрева, м. В первом приближении принимается равной высоте активной зоны H0. При последующих итерациях принимается равной координате , определенной в текущем итерационном цикле (см. рисунок 1.4); - среднее значение линейного теплового потока на участке подогрева, кВт/м2 ;

G - расход теплоносителя через рассчитываемый канал, кг/с.


1.2.4 Определение перепада давления

Перепад давления на участке подогрева рассчитывается в предложении, что в нем течет вода при температуре насыщения:


(1.9)


где - коэффициент сопротивления трения в пучке. При этом шаг решетки твэлов для реактора РБМК-1000 может быть принят t= 0,01675 м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений, где =0,4...О,45 в пределах каждого участка (дистанционирующие решетки), за исключением Дz10 и Дz11 (см. рисунок 1.3), в пределах которых = 1,15 за счет местного сопротивления в зоне между верхней и нижней ТВС; - массовая скорость, кг/(м2·с). Определяется по расходу теплоносителя в канале, который для канала со средней нагрузкой рассчитывается по формуле


(1.10)


В формуле (1.10) используются следующие данные:


Случайные файлы

Файл
25448.rtf
34974.rtf
10266.rtf
74659-1.rtf
85532.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.