Экспериментальный стенд для газодинамических исследований канала печи спекания таблеток ядерного топлива

15.11.2018 2018 - №04 Топливный цикл и радиоактивные отходы

И.В. Кузьмин А.Ю. Лещенко С.В. Павлов Р.Н. Шамсутдинов Ю.С. Мочалов

https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.05

Спекание таблеток ядерного топлива в высокотемпературных печах осуществляется в атмосфере со строго определенными требованиями по составу газовых сред в различных температурных зонах печи. Реализация заданного технологического режима в печи спекания таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП) топлива обеспечивается схемой подачи газов, конструкцией барьеров между температурными зонами, а также узлов подачи и отвода газов. Для проверки работоспособности заложенных технических решений при разработке канала печи спекания СНУП-топлива была создана расчетная CFD-модель в пакете Ansys Fluent и выполнена ее валидация. Чтобы выполнить валидацию расчетной модели, был разработан и изготовлен макет канала печи спекания, который входит в состав экспериментального стенда для газодинамических исследований.

Приведены описание конструкции и технические характеристики экспериментального стенда для измерения концентрации газов в канале, имитирующем канал печи спекания нитридного ядерного топлива. Результаты газодинамических исследований на экспериментальном стенде были использованы для расчетно-экспериментального обоснования технических решений, примененных при разработке конструкции канала печи спекания. Экспериментально проверена работоспособность барьеров для разделения канала печи спекания на зоны с заданным составом газовых сред, узлов подачи и отвода газов. Полученные экспериментальные данные по распределению концентрации технологических газов позволяют проводить валидацию расчетных теплофизических и газодинамических CFD-моделей канала печи спекания СНУП-топлива.

Ссылки

1. Беззубцев В.С., Емельянов В.С., Адамов Е.О. Инновационный проект АЭС с реактором БРЕСТ и пристанционным топливным циклом. / Труды II Научной конференции Минатома России «Атомная энергетика. Состояние и перспективы», Москва, 5 июня 2002 г. – 85 с.
2. Елисеев В.А., Забудько Л.М., Малышева И.В., Матвеев В.И. Нитридное топливо для перспективного быстрого натриевого реактора типа БН-1200. // Атомная энергия. – 2013. – Т. 114. – Вып. 5. – С. 266-271.
3. Адамов Е.О., Забудько Л.М., Матвеев В.И., Рачков В.И., Троянов В.М., Хомяков Ю.С., Лео’ нов В.Н. Сравнительный анализ преимуществ и недостатков использования металлического и нитридного смешанного уран-плутониевого топлива в быстрых реакторах. // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2015. – № 2. – С. 3-15.
4. Denisov A., Reynaud V., Smirnov V., Pavlov S., Renard F, Chamovskih Y., Sergeev N., Shkurin P., Davydov A., Glushenkov A. Key features of design, manufacturing and implementation of laboratory and industrial equipment for Mixed Uranium-Plutonium Oxide (MOX) and Nitride fuel pellets fabrication in Russia. / International conference on fast reactors and related fuel cycles: next generation nuclear systems for sustainable development (FR17), Yekaterinburg, 26-29 June 2017. – IAEA-CN245-563.
5. Bernard H., Bordello P., Warin D. Mixed nitride fuels fabrication in Convention oxide line. / Proc. of the Technical Committee Meeting on Advanced Fuel for FBRs: Fabrication, Properties and their optimization. November 1987. – IAEA, Vienna. – 1988. – PP. 43-51.
6. Silva G.R.C., Philips T., Dwyer J.J., Zurecki Z. Techniques and tips to optimize, control and stabilize the atmosphere inside a contimuos sintering furnace. / Mater. Sci. Forum. – Florianopolis – 2012. – Vol. 727-728. – PP. 404-411.
7. Решетников Ф.Г., Бибилашвили Ю.К., Головнин И.С. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – С. 104-107.
8. IAEA’TECDOC-1686 Experience and trends of manufacturing technology of advanced nuclear fuels. – 2012. – PP. 52-55.
9. Троянов В.М., Грачев А.Ф., Забудько Л.М., Скупов М.В., Киреев Г.А. Программа и некоторые результаты дореакторных исследований смешанного нитридного уран-плутониевого топлива для быстрых реакторов. // Атомная энергия. – 2014. – Т. 117. – № 4. – С. 192-197.
10. Arai Y., Fukushima S., Shiozawa K., Handa M. Fabrication of (U, Pu)N fuel pellets. // Journal of Nuclear Materials. – 1989. – Vol. 168. – No. 3. – PP. 280-289.
11. Streit M., Ingold F. Nitrides as a nuclear fuel option. // Journal of the European Ceramic Society. – 2005. – Vol. 25. – PP. 2687-2692.
12. Ganguly C., Hegde P., Sengupta A. Preparation, characterization and out-of-pile property evaluation of (U,Pu)N fuel pellets. // Journal of Nuclear Materials. – 1991. – Vol. 178. – No. 2-3. – PP. 234-241.
13. Алексеев С.В., Зайцев В.А. Нитридное топливо для ядерной энергетики. – М.: Техносфера, 2013. – С. 130-134.
14. Feldbauer L. A review of the fundamentals of stainless steel brazing in a continuous style, controlled atmosphere brazing furnaces. / Proceedings of the IIIrd International brazing and soldering conference. – San Antonio TX, 2006. – ASM International. – PP. 334-337.
15. Ansys Inc. Ansys Fluent Theory Guide, Release 14.0. – USA: Ansys. – 2011. – 826 p.
16. Лещенко А.Ю., Павлов С.В., Шамсутдинов Р.Н. Моделирование распределения газов в печи спекания для производства смешанного нитридного уран-плутониевого топлива. / Сб. тез. докл. VI Научного семинара «Моделирование технологий ядерного топливного цикла». – Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2017. – C. 28.
17. Ying L., Fu’Yong S., Zhi W., Zhi L., Hai’Quan Y., Xiao’Hong F. CFD modeling of flow, temperature and concentration fields in a pilot-scale rotary hearth furnace. // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2014. – Vol. 45. – No. 1. – PP. 251-261.
18. Miaoren N., Zhuoyong Y., Qinghua G., Qinfeng L., Guangsuo Y., Fuchen W., Zunhong Y. Experimental measurement of gas concentration distribution in an impinging entrained-flow gasifier. // Fuel Processing Technology. – 2008. – Vol. 89. – No. 11. – PP. 1060-1068.
19. Zavila O., Blejchai. T. Capacities and limitations of wind tunnel physical experiments on motion and dispersion of different density gas pollutants. // Measurement Science Review. – 2017. – Vol. 17. – No. 2. – PP. 53-60.
20. Zavila O., Herecova L., Micek D., Hejzlar T. Numerical simulation of heavy and light pollutants motion as a tool of experimental data verification. // Communications. – 2011. – Vol. 13. – No. 2. – PP. 37-43.

газодинамические исследования печь спекания канал печи зона печи СНУП-топливо моделирование распределения газов измерение концентрации газа отбор проб газа барьер

Ссылка для цитирования статьи: Кузьмин И.В., Лещенко А.Ю., Павлов С.В., Шамсутдинов Р.Н., Мочалов Ю.С. Экспериментальный стенд для газодинамических исследований канала печи спекания таблеток ядерного топлива. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 4. – С. 53-63. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.05 .