 |
Б) – теплоноситель входит в холостой канал и затем омывает твэл (- - - - - -).
|
|
|
|
Температурные условия работы твэла изменяются в зависимости от направления движения теплоносителя. Так, при движении по схеме, изображенной на рис.6,а) температура поступившего во внутренний канал (1) теплоносителя начинает возрастать как за счет теплоотдачи от твэла, так и вследствие перетечки тепла от более горячего от более горячего теплоносителя, движущемся встречно во внешнем канале (2). В этом случае температура теплоносителя в точке поворота будет выше температуры выхода из канал, т.е. 
. При обратном ходе теплоносителя (рис.6,б)) теплопередача идет в обратном направлении – из внутреннего канала (1) во внешний (2). В этом случае температура теплоносителя в точке поворота будет меньше выходной, т.е. 
. Заметим, что в обоих случаях подогрев теплоносителя 
определяется только тепловыделением в твэле.
Анализ температурных режимов представленных схем показывает преимущества схемы, когда теплоноситель поступает в холостой канал и лишь, затем омывает твэл (рис.6,б)): в этом случае температура теплоносителя монотонно возрастает и твэл оказывается в более благоприятных условиях в отношении тепловых нагрузок. К недостаткам данной схемы следует отнести то, что давление во внешнем канале (2) превышает давление во внутреннем (1) и разделительная стенка работает на смятие. В аварийных ситуациях с резкими перепадами давления, это обстоятельство может привести к нарушению целостности канала. С этой точки зрения, схема, когда теплоноситель входит сначала во внутренний (1) канал, является более предпочтительной, т.к. в данном случае разделительная стенка будет работать на растяжение. При сведении в этом случае теплопередачи через разделительную стенку к минимуму (посредством теплоизоляции), температура теплоносителя в точке поворота станет близка к выходной температуре.
|
|
|
Рассмотрим особенности расчета температурного режима в указанных схемах.
1. Теплоноситель сначала омывает твэл и выходит из канала холостым ходом (рис.6,а)). В этом случае температура теплоносителя во внутреннем канале (1) для любого сечения определяется выражением:
, (98)
где 
и 
- коэффициент теплопередачи и тепловой периметр разделительной стенки.
Из (98) видно, что приращение температуры теплоносителя в обогреваемом канале идет за счет отвода тепла от твэла и переноса тепла через разделительную стенку, обусловленного разностью температур 
во внешнем канале и 
во внутреннем. Произведение 
представляет собой линейный коэффициент теплопередачи разделительной стенки:
, (99)
где 
и 
-коэффициенты теплоотдачи во внутреннем и внешнем каналах; 
, 
- внутренний и внешний диаметры разделительной стенки; 
- коэффициент теплопроводность материала стенки.
Если толщина разделительной стенки 
мала по сравнению с ее диаметром 
, что обычно выполняется, то линейный коэффициент теплопередачи с достаточной точностью может быть определен так:
(99`)
Температура теплоносителя для того же сечения 
во внешнем (2) канале определяется следующим образом:
, (100)
т.е. 
превышает температур выхода на величину, обусловленную переносом тепла из внешнего канала во внутренний на участке от сечения до выхода теплоносителя из активной зоны.
Вычитая из (100) уравнение (98), получим
, (101)
где .
Подставляя теперь (101) в уравнения (98) и (100), получим выражение для температур теплоносителя во внутреннем и внешнем каналах:
; (102)
(103)
Если предположить, что тепловой поток изменяется по закону 
, а 
, то, принимая во внимание, что 
, можно получить следующее выражение:
(104)
(105)
При этом в точке поворота, т.е. при 
температура теплоносителя будет определяться выражением:
|
|
|
(106)
Из (106) видно, что в точке поворота температура теплоносителя больше выходной температуры. Принятие мер по снижению коэффициента теплопередачи (например, теплоизоляция разделительной стенки), обеспечивает уменьшение разности указанных температур.
Зная температуру теплоносителя, можно рассчитать температуры оболочки и топлива в любом сечении твэла. При этом используются соответствующие выражения для температурных перепадов, рассмотренные выше.
2. Теплоноситель входит в холостой канал и затем омывает твэл (рис.6,б)). В данном случае изменение температуры теплоносителя по высоте канала (1) определяется следующим выражением:
(107)
Температура теплоносителя во внешнем канале (2) для того же сечения , определяется следующим образом:
(108)
Вычитая из (107) выражение (108), получим
(109)
Подставляя, далее (109) в (107) и (108), получим выражения, определяющие изменение температуры теплоносителя во внутреннем (1) и внешнем (2) каналах в общем виде. Если предположить, что тепловой поток по высоте изменяется согласно закону «усеченного конуса», то получим следующие соотношения:
(110)
(111)
В точке поворота , в данном случае имеем:
(112)
Поскольку приращение температуры теплоносителя, обусловленное переносом тепла через разделительную стенку меньше приращения за счет тепловыделения в твэле, то в данном случае температура теплоносителя возрастает от входа до выхода (пунктирная линия на рис.6).
|
|
|
