Исследование теплогидравлических процессов на стадии концептуального проектирования реакторов четвёртого поколения

• Автор: Фролов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений и условных обозначений

Введение
Глава 1 Компьютерные программы, использующиеся для моделирования динамических процессов реакторных установок

1.1 Системы компьютерной алгебры

1.2 Инженерные интегральные системные коды

1.3 Системы расчётной поддержки инженерных разработок

1.4 Среды для симуляции динамических систем

1.5 БтиИпк/МАТЬАВ

Выводы к главе

Глава 2 Описание блоков, разработанных для моделирования динамических процессов реакторных установок
2.1 Блок точечной модели нейтронной кинетики критической сборки
2.2 Блок теплофизической модели частицы топлива с покрытиями
2.2.1 Теплофизическая модель частицы топлива с покрытиями
2.2.2 Пространственная дискретизация уравнений модели
2.2.3 Итерационная процедура нахождения распределения поля температур

2.3 Блок теплофизической модели шарового топливного элемента
2.3.1 Теплофизическая модель топливного элемента
2.3.2 Взаимодействие модели частицы топлива с покрытиями и модели топливного элемента
2.3.3 Взаимодействие точечной модели нейтронной кинетики критической сборки и теплофизической модели топливного элемента
2.4 Блоки элементов гидравлической сети
2.4.1 Сетевая методика моделирования
2.4.2 Блок элемента «эквивалентная труба»
2.4.3 Блок элемента «со свободным уровнем»
2.4.4 Блок элемента «разветвитель»
2.4.5 Блок элемента «центробежный насос»
2.4.6 Применение сетевой методики для создания двумерных моделей

2.5 Численное интегрирование по времени
Выводы к главе
Г лава 3 Верификация разработанных блоков Simulink
3.1 Задача о динамике температуры частицы топлива с покрытиями
3.1.1 Общая постановка задачи
3.1.2 Описание аналитической модели
3.1.3 Тест 1: задача о частице топлива с постоянной плотностью
тепловыделения
3.1.4 Тест 2: задача о частице топлива с покрытием с постоянной плотностью тепловыделения
3.1.5 Тест 3: задача о пикообразной плотности тепловыделения
3.1.6 Тест 4: задача о частице топлива с покрытием с начальным распределением поля температур
3.1.7 Тест 5: задача о теплоизолированной частице топлива
3.1.8 Тест 6: задача о частице топлива с граничными условиями третьего рода
3.1.9 Выводы
3.2 Моделирование экспериментов, проведённых на реакторе AVR
3.2.1 Общая постановка задачи
3.2.2 Эксперименты с изменением положения регулирующих стержней
3.2.3 Эксперименты с изменением расхода теплоносителя
3.2.4 Выводы
3.3 Воспроизведение характеристик центробежных насосов
3.3.1 Общая постановка задачи
3.3.2 Характеристики насоса ГЦН-195М
3.3.3 Характеристики насоса ЦВН-
3.3.4 Характеристики насоса Taber
3.3.5 Выводы
3.4 Моделирование экспериментов, проведённых на петле HELIOS
3.4.1 Описание петли
3.4.2 Описание модели петли
3.4.3 Адиабатическая вынужденная циркуляция теплоносителя в петле

3.4.4 Установление неадиабатической вынужденной циркуляции теплоносителя в петле
3.4.5 Выводы
3.5 Общие выводы к главе
Глава 4 Оценка влияния неопределенности исходных данных на точность
расчёта, выполненного при помощи разработанных блоков Simulink
4.1 Метод оценки
4.2 Исследование распределения расхода и температур теплоносителя в реакторе ПСКД-
4.2.1 Общая постановка задачи
4.2.2 Результаты расчёта номинального режима работы реактора
4.2.3 Оценка точности расчёта температуры теплоносителя в центральной ТВС
Выводы к главе
Г лава 5 Исследование теплогидравлических процессов при проектировании
сверхвысокотемпературного газоохлаждаемого реактора
5.1 Исследование перетечек теплоносителя в СВТГР
5.1.1 Общая постановка задачи
5.1.2 Описание кода FM-3D
5.1.3 Описание методики вложенного трёхуровневого моделирования
5.1.4 Результаты расчётов моделей
5.1.5 Выводы
5.2 Моделирование нестационарного процесса в критической сборке АСТРА

5.2.1 Общая постановка задачи
5.2.2 Описание методики вложенного трёхуровневого моделирования
5.2.3 Результаты расчётов аварийных ситуаций
5.2.4 Выводы
Г лава 6 Исследование теплогидравлических процессов при проектировании
расплавносолевого реактора
6.1 Описание реакторной установки ЭКОР
6.2 Исследование теплогидравлики полостной активной зоны

Предполагалось отсутствие теплового потока в центре частицы топлива. С учётом закона Био-Фурье данное условие можно записать как

= 0, (2.3)

где Г/ - температура топлива.
На характеризующейся радиусом /?5 наружной поверхности частицы топлива с покрытиями в зависимости от условий задачи использовались следующие граничные условия:
а) граничное условие первого рода - известно изменение во времени температуры поверхности
= *(*) • (2-4)
б) граничное условие второго рода - тепловой поток на поверхности равен нулю (нет теплообмена между частицой топлива с покрытиями и окружающей средой, всё генерируемое в топливе тепло идёт на разогрев частицы топлива и покрытий), с учётом закона Био-Фурье данное условие можно записать как

= 0, (2.5)

в)граничное условие третьего рода - тепловой поток на поверхности пропорционален разнице температур поверхности и среды, окружающей частицу топлива с покрытиями (согласно закону Ньютона-Рихмана), с учётом закона Био-Фурье данное условие можно записать как
= “(ГЦ~го), (2-6)

где Х5 - теплопроводность пироуглерода, формирующего наружное покрытие, а -коэффициент теплоотдачи от частицы топлива с покрытиями к окружающей среде, 1(, - известная температура окружающей среды.
Зависимость коэффициента теплопроводности топлива X/ от его температуры, взята из [46], зависимость теплоёмкости топлива ср/ от его температуры, - из [47]. Предполагалось, что остальные теплофизические свойства, а также размеры частицы топлива и её покрытий не зависят от температуры. Численные значения данных параметров, взятые из [45, 48-50], приведены в таблице 2.1.