Остаточные тепловыделения




РЕФЕРАТ

 

По дисциплине

“ Динамика ЯЭУ ”

 

Специальность 14.05.01.65
Учебная группа 53221/7
Семестр  
Студент Борисов М.В.
Преподаватель В.С. Дресвянкин

г. Санкт-Петербург

2017 г.


Оглавление

 

1. Остаточные тепловыделения. 3

2. Динамика теплоносителя. 7

3. Динамика рабочего тела. 10

Список использованной литературы. 13

 

 


Остаточные тепловыделения

 

Для решения задач динамики ЯРУ, связанных с выводом из действия ядерного реактора, необходимо знать закон изменения его тепловыделений после остановки. Такие тепловыделения называются остаточными.

Различают плановую и аварийную остановку реактора. Плановая остановка осуществляется путем постепенного уменьшения мощности реактора и соответственно снижения всех параметров ЯРУ. Стержни аварийной защиты (АЗ) при нормальной остановке сбрасываются только после того, как реактор приведен в подкритическое состояние путем ввода в активную зону органов компенсации, после чего реактор в значительной мере расхоложен до минимального теплосъема в парогенераторе. В этом режиме резкое снижение мощности после сброса стержней АЗ уже не вызовет значительных температурных напряжений в элементах активной зоны и конструкциях реактора.

Аварийная остановка производится при возникновении условий, которые могут привести к повреждениям реактора. Она должна осуществляться настолько быстро, чтобы обеспечить ядерную безопасность в любых аварийных режимах. Обычно стержни, предназначенные для аварийной остановки, выделяются в отдельные группы. При нормальной работе реактора они находятся вне активной зоны в немедленной готовности к вводу в активную зону. Ввод их в активную зону производится автоматически в течение короткого времени (около 1 с).

В результате перевода реактора в подкритическое состояние после первоначального резкого снижения мощности начинается плавный спад ее с установившимся периодом ~80 сек, что соответствует среднему времени жизни наиболее запаздывающей группы нейтронов. В это время происходит выделение энергии за счет β- и γ- распада продуктов деления.

В реакторах, где в качестве замедлителя служит тяжелая вода или бериллий, вывод еще более затягивается, вследствие продолжающегося после выключения реактора испускания фотонейтронов.

Изменение нейтронной мощности после остановки реактора определяется уравнениями кинетики в соответствии с известным законом введения отрицательной реактивности. Через 2—3 минуты тепловыделения за счет деления ядер становятся очень малыми и дальнейшие остаточные тепловыделения определяются β- и γ- распадом продуктов деления.

Когда реактор в течение длительного времени находится в эксплуатации) около 6% общей тепловой энергии выделяется за счет радиоактивного распада продуктов деления. Радиоактивные продукты деления, накопившиеся в реакторе в процессе его работы, продолжают распадаться и после остановки, причем запас их энергии сохраняется в течение длительного периода времени.

Экспериментально установлено Уэй и Вигнером, что энергия, выделямая в результате β- и γ- распада продуктов деления в 1 с и отнесенная к одному акту деления, составляет

Е = 2,66t-1,2, МэВ/(дел с) (1.1)

где t — время отсчитываемое от момента начала β- и γ- распада продув деления (с).

Примем, что ЯРУ эксплуатировалась в течение времени Т на уровне мощности N0. После остановки реактора генерация энергии продолжается за счет радиоактивного распада продуктов деления. Причем наибольший вклад в остаточные тепловыделения будут вносить те продукты деления, которые образовались в момент выключения реактора, а наименьшее, образовавшиеся в момент пуска реактора.

Мощность остаточного тепловыделения в момент времени τст после остановки реактора за счет распада продуктов деления, образовавшихся в интервале dτ вблизи τ (τ — время, отсчитываемое от начала работы) составляет

dNост, = Ф dτ ∙ 2,66-1,2, МэВ/(см3 с) (1.2)

Ф dτ — число делений в интервале времени dτ.

Тогда очевидно энергия, выделяемая в каждую секунду в момент времени остановки после выключения реактора за счет распада продуктов деления, образовавшихся в период работы реактора на мощности N0 составит

Nост = ∙2,66-1,2dτ, МэВ/(см3с) (1.3)

где t = T + τст - τ,

 

T - время работы на мощности;

τст - время после выключения реактора;

τ - текущее время от начала работы реактора.

На рис. 1.1 приведен характер изменения мощности реактора при работе и последующей его остановке.

Рис. 1.1. Характер изменения мощности реактора при работе и последующей его остановке.


Из уравнения (1.3) следует

 

 

Nост = Ф0 ∙ 2,66 T+ τст – τ)-1,2 (1.4)

 

 

В результате интегрирования получим

 

 

Nост = Ф0 ∙ 2,66 (—5(T+τст)-0,2 +5 τст-0,2), МэВ/(см3с) (1.5)

 

На практике удобно иметь дело с относительной мощностью Nост /Nо. Окончательно соотношение для определения остаточных тепловыделений имеет следующий вид

 

= 0,068(τст-0,2 - (T+τст)-0,2), (1.6)

При необходимости более точных расчетов используют экспериментальные данные, на основании которых получена зависимость Унтермайера и Вейлса

= 0,1((τст + 10)-0,2 -0,87 (τст + 2∙107)-0,2)-

-0,1((τст + Т + 10)-0,2-0,87 (τст + Т + 2∙107)-0,2), (1.7)

Эта зависимость также имеет погрешность, поэтому для каждого конкретного реактора используют соответствующие опытные данные.

Этой формулой можно пользоваться для расчета остаточного тепловыделе­ния через 2—3 мин после выключения реактора, так как в начальный момент на ве­личину остаточного тепловыделения оказывает большое влияние запаздывающее нейтронное и фотонейтронное излучение.

При этом погрешность расчета в интервале τст =(102—104) с составляет ±30%, а в интервале (104—106) с — ±10%.


Динамика теплоносителя

Экономайзерный участок. По предположению тепловая энергия в парогенера­торе переносится вместе со средой. Поэтому тепловая энергия, поступающая в объем экономайзерной зоны, в динамике определяется расходом теплоносителя через правую подвижную границу зоны

G' =ρm S1u' (2.1)

где G' - расход теплоносителя на границе испарительного и экономайзерного участков;

ρm — плотность теплоносителя;

S1 — проходное сечение по первому контуру;

u' скорость движения теплоносителя относительно границы между эко- номайзерным и испарительным участками.

Скорость может быть определена из выражения

u' = u + (2.2)

где - длина экономайзерного участка;

u - абсолютная скорость движения теплоносителя.

Умножая последнее уравнение на ρmS1получаем уравнение материального баланса для переменного объема

ρmS1 =G'- G (2.3)

где G - расход теплоносителя на выходе из экономайзерного участка.

Теперь по аналогии с уравнением теплового баланса для теплоносителя в реакторе и с учетом сделанных допущений можно написать уравнение теплового баланса для экономайзерной зоны первого контура парогенератора.

cpρmS1 +cpρmS1( (2.4)

Где cp - теплоемкость теплоносителя;

-температура теплоносителя на входе в экономайзерный участок;

температура теплоносителя на выходе из экономайзерного участка; среднелогарифмический температурный перепад на экономайзерном участке;

коэффициент теплопередачи со стороны первого контура для экономайзерного участка;

длина труб экономайзерного участка;

коэффициент пропорциональности;

F - поверхность парогенератора;

- длина труб парогенератора, через которые происходит теплообмен.

 

Испарительный участок. Уравнение материального баланса

ρmS1 = G''- G (2.5)

где G''- расход теплоносителя на границе перегревательного и испарительного участков.

Уравнение теплового баланса по аналогии с уравнением для экономайзерного участка будет иметь следующий вид

cpρmS1 +cpρmS1( (2.6)

Где – коэффипиент теплопередачи со стороны первого контура для испари- тельного участка;

- температура теплоносителя на входе в испарительный участок;

- температура теплоносителя на выходе из испарительного участка;

- среднелогарифмический температурный перепад на испарительном участке;

- длина труб испарительного и экономайзерного участков.

 

Пароперегревательный участок. Уравнение материального баланса

 

ρmS1 = G'''- G (2.7)

где G'''- расход теплоносителя на входе в парогенератор.

Уравнение теплового баланса:

cpρmS1 +cpρmS1( (2.8)

 

где длина труб парогенератора;

- температура теплоносителя на входе в пароперегревательный участок;

- температура теплоносителя на выходе из пароперегревательн°г° участка;

- среднелогарифмический температурный перепад на пароперегре^' тельном участке;

- коэффициент теплопередачи со стороны первого контура для пароперегревательного участка.

Балластный участок. При работе на малых мощностях поверхность перегревательного участка возрастает и температура перегретого пара становится близкой к температуре теплоносителя первого контура. Зона парогенератора, в которой температуры теплоносителя и перегретого пара близки, и в котором практически не происходит теплообмена между теплоносителем и рабочим телом получила название балластной зоны. Балластный участок парогенератора можно рассматривать участок транспортного запаздывания.

Динамика рабочего тела

 

Экономайзерный участок. Уравнение материального баланса

D S2 (3.1)

Где D - расход рабочего тела на границе экономайзерного и испарительного участков;

D - расход питательной воды на входе в парогенератор;

S2 - проходное сечение по второму контуру;

- плотность рабочего тела на экономайзерном участке.

Уравнение теплового баланса

S2 = D (3.2)

Левая часть уравнения определяется в результате дифференцирования

S2 =S 2 + S2 (3.3)

При постоянной энтальпии питательной воды и малых отклонениях давления первым членом в правой части уравнения можно пренебречь, так как в этом случае изменение количества энергии мало по сравнению с общим количеством энергии, которое воспринимается рабочим телом на экономайзерном участке. С этого уравнение (3.2) может быть представлено в следующем виде

S2 = D (3.4)

где — энтальпия рабочего тела на экономайзерном участке;

— энтальпия воды на линии насыщения;

энтальпия питательной воды;

— среднелогарифмический температурный перепад по второму контуру на экономайзерном участке;

— коэффициент теплопередачи на экономайзерном участке со стороны рабочего тела.

 

Испарительный участок. Уравнение материального баланса

 

D S2 S2 (3.5)

где D" — расход рабочего тела на границе испарительного и пароперегревательного участков;

— плотность рабочего тела на испарительном участке.

Уравнение теплового баланса

S2 + (3.6)

 

где среднелогарифмический перепад по второму контуру на испари, тельном участке;

— коэффициент теплопередачи на испарительном участке со стороны рабочего тела.

Так же, как и для экономайзерного участка, пренебрегаем членом, учиты­вающим изменение энергии рабочего тела с изменением давления генерируемого пара. Тогда получим уравнение теплового баланса для рабочего тела на испарительном участке

S2 ( +S2 ()=D()- (3.7)

 

Пароперегревательный участок. В соответствии со сделанными допущениями пароперегревательный участок может быть описан статическим уравнением

Dcпепе - Тs) = (3.8)

где — среднелогарифмический перепад по второму контуру на испаритель­ном участке;

— коэффициент теплопередачи на испарительном участке со стороны рабочего тела;

cпе — теплоемкость рабочего тела на пароперегревательном участке;

Тпе — температура перегретого пара;

Тs — температура насыщения.


Список использованной литературы.

1. Бор С.М., Волков А.С. Методы оптимизации характеристик ядерных реакторных установок. – СПб.: 2010. – 203 с.: ил.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-13 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: