Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Расчет ТВС с холостым ходом теплоносителя




Расчет температурного режима в ТВС с кольцевыми твэлами.

 

Рассмотрим ТВС с кольцевым твэлом, охлаждаемым с двух сторон восходящим потоком теплоносителя (рис.4).

Рис. 4. Схема канала с кольцевым твэлом.

Теплоноситель общим расходом поступает на вход в канал с температурой , омывает кольцевой твэл с двух сторон и на выходе из твэла, после смешения имеет температуру . Т.к. отвод тепла от твэла двусторонний, внутри топливного сердечника образуется так называемая нейтральная поверхность, которая для любого сечения представляет собой окружность радиусом , на которой температура сердечника максимальна. Тепловой поток при этом разделяется на два: - направленный внутрь твэла и - направленный наружу. На нейтральной поверхности тепловой поток равен нулю.

Нейтральный радиус в общем случае изменяется по высоте твэла, т.е. зависит от координаты , а температура теплоносителя во внутреннем канале не равна температуре во внешнем.

Будем полагать известными:

  • размеры ТВС;
  • температуры теплоносителя на входе и выходе твэла, соответственно , ;
  • суммарный расход ;
  • полный тепловой поток .

Требуется определить:

  • распределение температур теплоносителя во внутреннем и внешнем каналах;
  • распределение наружной температуры оболочки во внутреннем и внешнем каналах;
  • распределение по высоте твэла максимальной температуры топлива , реализующейся на нейтральном радиусе .

Для любого сечения твэла по высоте справедливо соотношение:

 

, (82)

 

где и - полные перепады температуры: между максимальной температурой (на нейтральном радиусе ) и температурами теплоносителя, протекающего во внутреннем и внешнем каналах.

С учетом составляющих полного температурного перепада , (82) примет следующий вид:

, (83)

где и - тепловые периметры по теплоносителю, оболочке и газовому зазору во внутреннем и внешнем каналах соответственно; и - внутренний и наружный радиусы топливного сердечника кольцевого твэла; - нейтральный радиус.

Температурные перепады между максимальной и наружными температурами топливного сердечника, входящие в (83) получаются при решении уравнения теплопроводности с соответствующими граничными условиями.

Уравнение (83) содержит семь неизвестных: . Для их определения, необходимо записать дополнительные соотношения:

; (84)

из условия , получим

(85)

для температуры теплоносителя, имеем

(86)

Распределение расхода теплоносителя на внутренний и внешний каналы, находится из условия равенства параметров давления:

, (87)

поскольку теплоноситель поступает в каналы из общего объема и выходит в общий объем. При использовании в качестве теплоносителя обычной воды, имеем

, (88)

где и - коэффициенты местных сопротивлений и сопротивления трения; и - высота и эквивалентный диаметр канала; и - средние плотность и скорость теплоносителя (ускорением потока пренебрегаем).

Равенство (87) дополняется условием

(89)

После определения расходов и , находятся средние скорости теплоносителя в соответствующих каналах и , рассчитываются коэффициенты теплоотдачи и . В результате, в уравнении (83) остается пять неизвестных, которые определяются с использованием соотношений (84)-(86). Если выразить в уравнении (83) все неизвестные через какую-нибудь одну, например или (), то можно определить и остальные.

Сложность расчета заключается в том, что тепловые потоки и входят в подынтегральное выражение при не известном законе их изменения по высоте твэла . Решение задачи в этом случае разбивается по высоте на участков, в пределах которых можно считать постоянным, например нейтральный радиус . При этом расчет ведется согласно следующему алгоритму.

На входе первого участка и уравнение (83), после подстановки в него и согласно (5) будет содержать только одну неизвестную - . Определив таким образом нейтральный радиус и соответственно тепловые потоки по (85), из уравнений температуры теплоносителя и в конце первого участка (в пределах участка ), которые, в свою очередь, будут являться входными для второго участка. Далее, аналогично определяются , и , неизменные в пределах участка и выходные температуры теплоносителя. Расчет ведется до выходного сечения твэла.

Рассчитав таким образом распределение температур теплоносителя и , тепловых потоков и , далее можем найти распределение температуры оболочки и на внутренней и внешней поверхностях кольцевого твэла (на нейтральном радиусе), используя полученные ранее соотношения.

Кроме рассмотренной схемы, практический интерес представляет иные исполнения технологического канала, когда теплоноситель поступает сначала, например, во внутренний канал, а затем после поворота в нижней части на 1800 омывает кольцевой твэл с внешней стороны и отводится с внешнего торца (рис.5).

Рис. 5. Схема кольцевого твэла с двумя ходами теплоносителя.

В данном случае, как и в предыдущем, реализуется двусторонний теплоотвод с образованием нейтральной поверхности радиусом и тепловыми потоками во внутреннем канале и во внешнем. Коэффициенты теплоотдачи и при такой схеме однозначно определяются по известному расходу теплоносителя. Температура теплоносителя во внутреннем канале определяется выражением:

, (90)

где - количество тепла, затраченного на подогрев теплоносителя на участке от до с внутренней стороны канала.

Температура теплоносителя с внешней стороны твэла в том же сечении определяется аналогично:

, (91)

где - количество тепла, затраченного на подогрев теплоносителя на участке от до ( - координата в точке поворота) с внутренней стороны от нейтрального радиуса и далее от до с внешней стороны (рис. 4.).

Вычитая из (91) (90), получим

(92)

С учетом соотношения (92), в уравнении (83), записанном для схемы с двумя ходами теплоносителя неизвестные температуры теплоносителей и исключаются и остаются при неизвестных , и , которые определяются так же, как и для схемы с одним ходом теплоносителя. Далее, по известным соотношениям находятся распределение температуры теплоносителя и оболочек твэла с внутренней и наружной сторон, а также высотное распределение максимальной температуры топлива. При этом, расчет коэффициентов теплоотдачи, как и для первой схемы, ведется по следующим формулам:

(93)

Здесь - значение числа Нуссельта при теплообмене только через внутреннюю поверхность кольцевого канала диаметром и при теплообмене только через наружную поверхность кольцевого канала диаметром , соответственно определяется соотношениями:

, (94)

где ; - число Нуссельта для круглой трубы, определяемое формулой:

(95)

Все числа Нуссельта рассчитываются по гидравлическому диаметру кольцевого канала . Коэффициенты в формулах (93) определяются выражениями:

(96)

В случае равенства тепловых потоков , имеем

(97)

 

Расчет ТВС с холостым ходом теплоносителя

(трубка Фильда).

Так называемые ТВС с холостым ходом теплоносителя могут применяться наряду с рассмотренной выше схемой, когда кольцевой твэл охлаждается теплоносителем при двухходовом движении. Эти схемы могут быть использованы, если необходимо, например, высвободить один торец активной зоны от подводящих коммуникаций. Схемы каналов с холостым ходом теплоносителя показаны на рис.6.

 

Рис.6. Схемы каналов с холостым ходом теплоносителя:

а) – теплоноситель сначала омывает твэл и выходит из канала холостым ходом ();

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...