Восстановление в реальном времени температурного поля гетерогенного реактора по результатам расчета температуры в гомогенной активной зоне

20.03.2022 2022 - №01 Теплофизика и теплогидравлика

В.С. Кузеванов С.К. Подгорный

https://doi.org/10.26583/npe.2022.1.05

Усовершенствованные реакторы с водой под давлением в качестве теплоносителя являются основной частью нового поколения разрабатываемых проектов атомных станций, обеспечивающих экономически эффективное производство энергии для различных нужд [1 – 6]. Инновационные технологии направлены на повышение безопасности, надежности и снижение стоимости станции. При этом совершенствование конструктивных, технологических и компоновочных решений касается, в первую очередь, активной зоны реактора. Оценке эффективности усовершенствования предшествует численное моделирование процессов в активной зоне, в частности, процессов генерации и отвода тепла, с учетом отличия объекта исследования от типового варианта, проверенного эксплуатационной практикой.

Работа посвящена созданию метода расчета температурного поля в активной зоне гетерогенного реактора на примере реактора с водой под давлением, позволяющего производить оперативную оценку по уровню температурной безопасности множественных вариантов изменений активной зоны и обладающего необходимым быстродействием для анализа переходных процессов в реальном времени.

Основой метода явилось использование уравнения энергии для эквивалентной гомогенной зоны в форме уравнения теплопроводности, учитывающей основные особенности моделируемой гетерогенной структуры. В процедуре восстановления температурного поля гетерогенного реактора применяется полученное в настоящей работе аналитическое соотношение для функции стока тепла, учитываются межкассетные тепловые перетечки.

Проведены расчеты температурных полей в модели реактора типа PWR [7] в стационарных и переходных режимах его работы. Показано сравнение результатов расчетов с результатами CFD-моделирования. Указана область конкурирующего использования метода восстановления температурного поля.

Ссылки

1. Бойко В.И., Демянюк Д.С., Кошелев Ф.П., Мещеряков В.Н., Шаманин И.В., Шидловский В.В. Перспективные ядерные топливные циклы и реакторы нового поколения. – Томск: Издательство ТПУ, 2005. – С. 5-60.
2. Емельянов И.Я., Михан В.И., Солонин В.И., Демещев Р.С., Рекшня Н.Ф. Конструирование ядерных реакторов. – М.: Энергоиздат, 1982. – С. 56-76.
3. Баклушин Р.П. Эксплуатация АЭС. Ч. 1. Работа АЭС в энергосистемах. – М: НИЯУ МИФИ, 2011. – С. 121-134.
4. Обзор ядерных технологий 2019. – Вена: МАГАТЭ, 2019. – С. 1-3.
5. Bays S., Abou Jaoude A., Borlodan G. Reactor Fundamentals Handbook.– Idaho Falls: Idaho National Laboratory, 2019.– PP. 22-31. DOI: https://doi.org/10.2172/1615634 .
6. Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. – М.: Энергоатомиздат, 2002. – С. 429-435.
7. The Westinghouse Pressurized Water Reactor Nuclear Plant. – Pittsburgh: Westinghouse Electric Corporation, 1984. – PP. 15-18.
8. Кузеванов В.С., Закожурников С.С., Закожурникова Г.С., Гаряев А.Б. Модели процессов и расчет температурного поля в печи сопротивления для производства карбида кремния. // Вестник ИГУЭ. – 2017. – № 420. – C. 21-29. DOI: https://doi.org/10.17588/2072-2672.2017.4.021-029 .
9. Кузеванов В.С., Подгорный С.К. Температурное поле в активной зоне газоохлаждаемого ядерного реактора в переходных режимах при различных условиях профилирования массового расхода. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 3. – C. 55. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.3.05 .
10. Кузеванов В.С., Подгорный С.К. Газоохлаждаемые реакторы. Профилирование и интенсификация теплообмена. – Кишинев: Palmarium Academic Publishing, 2019. – 84 с.
11. Петухов Б.С., Кириллов В.В. О теплоотдаче при турбулентном течении в трубах. // Теплоэнергетика. – 1958. – № 4. – C. 29-31.
12. Кузеванов В.С., Подгорный С.К. Профилирование активной зоны газоохлаждаемого ядерного реактора с использованием интенсификаторов теплообмена. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 4. – C. 31-42. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.03 .
13. ANSYS Fluent. User’s Guide. – Canonsburg: ANSYS Inc, 2016. – PP. 238-247.
14. ANSYS Fluent. Customization Manual. – Canonsburg: ANSYS Inc, 2016. – PP. 91-100.
15. ANSYS Fluent. Theory Guide. – Canonsburg: ANSYS Inc, 2016. – PP. 137-177.
16. Shaw C.T. Using Computational Fluid Dynamics. – New Jersey: Prentice Hall, 1992. – PP. 100-137.
17. Anderson J., Dick E., Dergez G., Grundmann R., Degroote J., Vierendeels J. Computational Fluid Dynamics: An Introduction. – Berlin: Springer-Verlag, 2009. – PP. 10-17.
18. Petrila T., Trif D. Basics of Fluid Mechanics and Introduction to Computational Fluid Dynamics. – Boston: Springer, 2005. – PP. 197-239.
19. Mohammadi B., PironneauO. Analysis of the K-Epsilon Turbulence Model. – New Jersey: Wiley, 1994. – PP. 51-62.
20. Podgorny S.K., Kuzevanov V.S. Temperature Field in Pressurized Water Reactor with Uncased Fuel Assemblies. / Proc. of the XI International Scientific Conference «The Latest Research in Modern Science: Experience, Traditions and Innovations». – Morrisville, North Carolina, USA, 7-8 July, 2020. – PP. 20-31.

температурное поле реактор активная зона уравнение теплопроводности функция стока тепла твэл реальное время

Ссылка для цитирования статьи: Кузеванов В.С., Подгорный С.К. Восстановление в реальном времени температурного поля гетерогенного реактора по результатам расчета температуры в гомогенной активной зоне. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 1. – С. 54-65. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.1.05 .