Теплообмен и гидродинамика тяжелых жидкометаллических теплоносителей в ядерных и термоядерных реакторах

• Автор: Савинов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 242 с. : ил.

1.1 Анализ возможности применения тяжелых жидкомсталлических теплоносителей в системах теплоотвода термоядерного реактора
1.2 Применение эвтектики свинецвисму г в системах теплоотвода термоядерного реактора.

1.3 Влияние магнитного поля на теилогидравличсскис характеристики контура с ТЖМТ

1.4 Методы снижения влияния магнитного поля в системах теплоотвода с ТЖМТ

1.5 Постановка задач исследований

Глава 2. Характеристики теплообмена при течении ТЖМТ в поперечном магнитном поле

2.1 Аналитический обзор исследований теплообмена при течении жидких металлов в магнитном поле

2.1.1 Теоретические решения

2.1.2 Обзор экспериментальных данных о теплообмене при течении жидких металлов в поперечном магнитном поле
2.2 Экспериментальные исследования теплообмена при течении эвтектики свинецвисмут в вертикально ориентированном канале круглого сечения при варьируемых характеристиках оксидных

ЭИП и содержании примеси кислорода

2.2.1 Экспериментальные исследования по обоснованию выбора типа термопар для проведения высокотемпературных исследований
в поперечном магнитном поле
2.2.2 Описание экспериментального стенда ФТ 1 ТОМГД
2.2.3 Описание экспериментального участка
2.2.4 Контрольноизмерительный комплекс
2.2.5 Оценка погрешности измерения
2.2.6 Программаметодика испытаний
2.2.7 Методика обработки экспериментальных данных
2.2.8 Обсуждение результатов исследований
2.2.8.1 Характеристика и последовательность этапов серий исследований
2.2.8.2 Характеристики теплообмена при течении эвтектики свинецвисмут в поперечном магнитном поле
2.8.2.2.1 Характеристики теплообмена при течении эвтектики свинецвисмут в канале круглого сечения в отсутствии магнитного поля
2.8.2.2.2 Характеристики теплообмена при течении эвтектики свинецвисмут в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле
2.8.2.2.3 Временная зависимость характеристик теплообмена
при течении эвтектики свинецвисмут в поперечном магнитном поле
2.8.2.3 Профиль температур при течении эвтектики свинецвисмут
в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле
2.8.2.4 Временная зависимость температур при течении эвтектики
свинецвисмут в поперечном магнитном поле
2.3 Выводы по главе
Глава 3. МГДсопротивление при течении ТЖМТ в поперечном
магнитном полеИЗ
3.1 Аналитический обзор исследований МГДсопротивления
при течении металлов в поперечном магнитном полеИЗ
3.2 Экспериментальные исследования МГДсопротивления при течении эвтектики свинецвисмут в вертикально ориентированном канале круглого сечения в поперечном магнитном поле при контроле и регулировании примеси кислорода и характеристик ЭИП
3.2.1 Измерительная система МГДсопротивления
3.2.2 Оценка погрешности измерения
3.2.3 Программаметодика испытаний
3.2.4 Методика обработки экспериментальных данных
3.2.5 Обсуждение результатов исследований
3.2.5.1 Характеристика и последовательность этапов серии исследований
3.2.5.2 Характеристики МГДсопротивления при течении эвтектики свинецвисмут в круглой трубе в поперечном магнитном полеМО
3.3 Оценка МГДсопротивления и характеристик электроизолирующих покрытий применительно к натурным
условиям систем теплоотвода ТЯР
3.3 Выводы по главе
Глава 4. Профиль скоростей в потоке эвтектики свинецвисмут
при течении в поперечном магнитном поле
4.1 Аналитический обзор исследований профилей скорости
при течении жидких металлов в поперечном магнитном иоле
4.2 Экспериментальное исследование профилей скорости в потоке эвтектики свинецвисмут при течении в поперечном магнитном ноле в круглой вертикально ориентированной трубеИИ
4.2.1 Описание экспериментального стенда ФТ1 ПС
4.2.2 Описание экспериментального участка
4.2.3 Контрольноизмерительный комплекс
4.2.4 Оценка погрешности измерения
4.2.5 Программаметодика испытаний
4.2.6 Методика обработки экспериментальных данных
4.2.7 Обсуждение результатов исследований
4.3 Выводы к главе 4
5. Совместное исследование характеристик теплообмена и МГДсопротивления потока эвтектики свинецвисмут в поперечном магнитном поле при варьируемом содержании примеси кислорода
5.1 Обобщнный анализ экспериментальных данных о характеристиках теплообмена и МГДсопротивления при течении эвтектики свинецвисмут в поперечном магнитном поле
5.2 Выводы к главе
Заключение
Список использованных источников


Данная группа критериев за исключением последнего, практически не принимались во внимание при определении стратегии выбора теплоносителей на начальном этапе развития атомной энергетики с реакторами деления. Теплофизическис характеристики, прежде всего значения объемных удельных и массовых теплоемкостей, температуропроводность и др. Затраты на снятие энергоустановки с эксплуатации и др. Использование теплоносителя в качестве сырьевого материала для наработки топлива для термоядерного реактора, например, получения трития из лития и др. Ниже представлены результаты сравнительного анализа оптимальности применения различных типов теплоносителей на основе указанных критериев. Водяной теплоноситель. Проведнный анализ показывает, что на базе представленных выше критериев сравнения водяной теплоноситель не является оптимальным по значительному числу критериев п. Несмотря на отдельные преимущества, прежде всего дешевизну и освоенность в эксплуатации, водяной теплоноситель невозможно считать перспективным для энергетических термоядерных реакторов по критериям экономичности п. Газовые теплоносители. Он максимально удовлетворяет требованиям экономичности и безопасности. Однако, несоответствие гелиевого теплоносителя при разумных значениях давления критериям п. Для таких установок технически невозможно разместить гелиевые каналы теплоотвода в пределах магнитной системы бланкета и обеспечить необходимый теплосъем при разумных значениях давления газа в контуре. Гелий является конкурентоспособным типом теплоносителя для установок относительно малой мощности. Щелочные металлы. Литий традиционно рассматривается в качестве концептуально основного варианта теплоносителя в системе теплоотвода бланкета термоядерного реактора. Он наиболее полно удовлетворяет критериям экономичности и др. Литиевый теплоноситель является прекрасным сырьевым материалом для наработки трития топлива, подаваемого в плазменную камеру. Однако литий, как и натрий для реакторов деления, существенно не удовлетворяет требованиям внутренней физической безопасности п. В настоящее время общественность не воспринимает реакторные установки с натриевым теплоносителем несмотря на достаточно хорошие показатели их работы, в качестве основы большой ядерной энергетики века. Такое отношение объясняется тем, что натрий горит и взрывается, взаимодействуя с воздухом и рабочим телом водой и водяным паром. В теплоносителе 1 контура установки БН0 радиоактивности больше, чем вышло в окружающую среду при аварии на Чернобыльской АЭС. В натриевой установке и активную зону плавить не нужно, чтобы получить те же негативные последствия. При этом не исключено, что несколько токамаков малой мощности особенно на начальном этапе развития будут охлаждаться литием, аналогично, использованию нескольких энергоблоков с натрием в реакторах деления среди более чем 0 от общего числа энергоблоков в мире. Использование других щелочных металлов, несмотря на отдельные преимущества меньшую температуру плавления, большую освоенность и др. При использовании лития и других щелочных металлов существенно сложнее, по сравнению с ТЖМТ, решается проблема формирования и доформирования электроизолирующих покрытий на поверхностях конструкционных материалов с целью доведения МГДсопротивления ЖМТ до технически приемлемых значений п. Тяжлые жидкометалличесгсне теплоносители. К тяжлым жидкометаллическим теплоносителям относят свинец, галлий, эвтектики свинецвисмут РЬВц РЬ ,5 вес. В1 ,5 вес. РЬ1л, РЬ ат. В нашей стране имеется значительный более лет опыт создания и эксплуатации исследовательских, экспериментальных, полупромышленных и промышленных стендов и восьми энергетических установок с реакторами деления , с ТЖМТ эвтектическим сплавом свинецвисмут с суммарной продолжительностью эксплуатации в сотни реакторолет. Тяжелые жидкометаллические теплоносители, как и литий, предпочтительнее воды, газовых и других жидкометаллических теплоносителей. Тяжлые жидкие металлы уступают литиевому теплоносителю по некоторым критериям экономичности, так как имеют худшие теплофизические характеристики, большие затраты мощности на перекачку теплоносителя и другие недостатки п.