Разработка методики теплового расчета вертикальных контейнеров для транспортирования отработавшего ядерного топлива на основе исследования вязкостно-гравитационного течения газового теплоносителя

• Автор: Лузин, Игорь Павлович
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 230 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

В в е д е н и е .

1. Задачи исследования теплообмена и гидродинамики в

элементах оборудования вертикального контейнера

1.1. Описание вертикального контейнера и процессов теплообмена в условиях естественной циркуляции теплоносителя .

1.2. Основные положения методики расчета водозаполненного контейнера .

1.3. Оснозные особенности расчета газонаполненного контейнера .

1.4. Обзор исследований и анализ вязкостногравитационного течения около вертикальних поверхностей и в вертикальных каналах .

2. Анализ естественной циркуляции теплоносителя в

системе вертикальных каналов .

3. Измерение перепада давления в вертикальных каналах

при естественной циркуляции газового теплоносителя
3.1. Особенности измерения перепада давления в системах с естественной циркуляцией .
3.2. Экспериментальное исследование адиабатического канала . 5
3.3. Методика обработки опытных данных и оценка погрешности измерения перепада давления
4. Описание экспериментальных установок .
4.1. Конструкция экспериментальных установок и измерительных устройств
4.2. Анализ я методы обработки экспериментальных
З
4.3. Погрешности измеряемых и расчетных величин
5. Результаты исследования процессов теплообмена и
гидродинамики в условиях естественной циркуляции
газового теплоносителя .
5.1. Анализ изменения профилей температуры в кольцевых каналах в условиях вязкостногравитационного течения газа
5.2. Теплообмен в вертикальных каналах
5.3. Гидравлическое сопротивление вертикальных каналов
6. Методика теплового расчета вертикального контейнера
с газовым теплоносителем
6.1. Основные положения .
6.2. Расчет циркуляционного контура
6.3. Расчет средних по высоте температур теплоносителя .
6.4. Расчет расхода теплоносителя и максимальной температуры оболочек твэл.
6.5. Расчет теплопередачи через крышку контейнера
6.6. Расчет лучистого теплового потока от сборок к корпусу контейнера .
6.7. Алгоритм теплового расчета контейнера
6.8. Расчет максимальной температуры наружной поверхности корпуса контейнера
6.9. Сравнение результатов расчета контейнера ТК
с данными натурных испытаний .
Заключение .
Литература


Суммарная теплоотдагощая поверхность твэл во много раз превышает тепловоспринимающую поверхность корпуса. Поэтому основная часть термического сопротивления (температурного перепада) процессу естественно-конвективного теплообмена между сборками и корпусом сосредоточена в кольцевом зазоре, играющем роль опускного канала. Проходное сечение кольцевого зазора также много меньше суммарного проходного сечения сборок и, следовательно, основная часть движущего напора расходуется на потери в опускном канале. Таким образом, расчет процессов, протекающих в опускном канале, является ключевым в тепловом расчете контейнера. В связи с этим исследованию теплообмена и гидродинамики в вертикальном кольцевом канале было уделено большое внимание. Сборки, загруженные в контейнер, образуют систему параллельных подъемных каналов, замкнутых на один опускной канал. Учитывая, что сборки могут иметь различную глубину выгорания и, соответственно, различное остаточное тепловыделение в зависимости от длительности пребывания и местоположения в реакторе, в работе специально рассматривался вопрос об естественной циркуляции теплоносителя в системе параллельных каналов. Транспортирование отработавшего топлива от водо-водяных реакторов ВВЭР-0 может производиться в контейнерах ТК-6 при заполнении внутренней полости водой. Это потребовало создания методики теплового расчета водозаполненного контейнера. Целью расчета является определение давления внутри контейнера, как в нормальных, так и аварийных условиях транспортирования. При заполнении контейнера водой уровень теплоносителя устанавливается выше верхнего торца сборок, что необходимо для существования естественно-циркуляционного контура, обеспечивающего перенос тепла остаточного тепловыделения от сборок к корпусу контейнера. Между крышкой и уровнем воды остается небольшая по объему газовая полость, выполняющая роль компенсационного объема в герметично закрытом контейнере. В условиях повышения температуры, связанных либо с само-разогревом контейнера при ухудшении теплоотвода от наружной поверхности, либо с попаданием в очаг пожара, объем этой полости уменьшается из-за термического расширения воды, что приводит к увеличению парциального давления газа (обычно применяется азот). Парциальное давление паров воды в компенсационном объеме также возрастает ввиду повышения максимальной температуры воды. Все это приводит к увеличению давления внутри контейнера. Небольшой размер компенсационного объема, величину которого нельзя увеличить из-за ограничения высоты контейнера, создает реальную опасность чрезмерного повышения давления внутри контейнера (Р> 1,0 МПа), что может привести к его разгерметизации и утечке радиоактивной воды. Подъемное движение воды происходит внутри сборок, находящихся в одинаковых температурных условиях,что позволяет рассматривать внутрисборочное пространство, как один подъемный канал. Опускным каналом служит кольцевой зазор между корпусом контейнера и чехлом. В этом случае расчет естественной циркуляции теплоносителя сводится к решению системы уравнений, включающей уравнение баланса движущих сил и сопротивлений, а также уравнений теплообмена в подъемной и опускной ветвях контура. Используя зависимости для теплоотдачи и гидравлического сопротивления кольцевого канала и сборки, рекомендованные для условий вынужденного ламинарного течения [7,8] , было найдено решение этой системы уравнений. С помощью полученных зависимостей для распределения температуры теплоносителя по высоте сборок и в кольцевом зазоре рассчитывались значения максимальной и средней температуры теплоносителя, которые использовались при определении парциального давления паров и величины объемного расширения воды, залитой в контейнер. Учитывая уменьшение газового объема, рассчитывалось парциальное давление газа и определялось давление во внутренней полости контейнера, равное сумме парциальных давлений пара и газа. Передача тепла за счет кондукции непосредственно от сборок тепловыделяющих элементов к корпусу контейнера весьма незначительна по сравнению с теплом, переносимым циркулирующим теплоносителем.