Исследование влияния конструктивного параметра тепловыделяющего элемента на коэффициент неравномерности теплового выделения по высоте реактора ВВЭР-1000

22.06.2023 2023 - №02 Теплофизика и теплогидравлика

В.А. Горбунов С.С. Теплякова Н.А. Лоншаков С.Г. Андрианов П.А. Минеев

https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.03

Представлены результаты численного исследования эффективности эксплуатации тепловыделяющих элементов активной зоны водо-водяных реакторов (ВВЭР), заполненных таблетками из диоксида урана (UO2 ). Получены результаты исследования трехмерного моделирования энерговыделения твэлов. Проведено сравнение зависимостей температур топлива и оболочки твэлов от удельной мощности, выделяемой на кубический метр топлива. В качестве топлива исследованы металлический уран и диоксид урана. Определяющими параметрами выбраны технические ограничения по безопасной эксплуатации тепловыделяющих сборок (ТВС). Выполнен анализ степени влияния радиационного теплообмена на удельную мощность, выделяемую в твэле. Получены уравнения, отражающие зависимости удельной мощности, выделяемой на кубометр топлива, от диаметра отверстия внутри таблеток топлива при максимальном тепловом потоке. Работа выполнена с использованием численного пакета теплофизического моделирования – программного комплекса COMSOL Multiphysics. Расчеты показывают, что за счет дополнительного обогащения ураном-235 с увеличением диаметра отверстия топливных таблеток при фиксированной тепловой мощности твэла снижается коэффициент неравномерности температурного поля по высоте активной зоны реактора.

Ссылки

1. Колпаков Г.Н., Селиваникова О.В. Конструкции твэлов, каналов и активных зон энергетических реакторов – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 118 с.
2. Лескин С.Т., Шелегов А.С., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000: Уч. пособ. – М.: НИЯУ МИФИ, 2011 – 116 с.
3. Горбунов В.А. Моделирование теплогидравлических процессов в ядерных реакторах в COMSOL Multiphysics: Уч. пособ. – Иваново: Ивановский государственный энергетический университет, 2019. – 180 с.
4. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. – М.: Атомиздат, 1968, 484 с.
5. Перимов Р.Р., Сорокин Г.А., Сорокина Т.В. Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур. // Промышленная теплотехника. – 2004. – Т. 26. – № 5. – С. 150-153.
6. Гольцев А.О., Давыдова Г.Б., Давиденко В.Д. Влияние депрессии потока нейтронов в ячейке РБМК на величину максимальной и средней температуры топлива. // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 314. – № 4. – С. 5-7.
7. Расчетные коды нового поколения. Электронный ресурс: http://www.ibrae.ac.ru/contents/68/ (дата доступа 20.11.2022).
8. Велесюк А., Моргунов И. CFD-коды: проблемы и перспективы в атомной энергетике. // Атомный эксперт. Информационно-аналитическое издание, приложение к научному журналу «Атомная энергия». – 1990. – № 8. – С.37-39.
9. Карташов К.В., Богословская Г.П. Проведение расчетов по оптимизации геометрических и режимных параметров ТВС реакторов ВВЭР-СКД для различных режимов эксплуатации реактора на сверхкритических параметрах воды. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2012. – № 2. – C. 3-11. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2012.2.12 .
10. Старков В.А., Марихин Н.Ю. Методика и программа расчета стационарного температурного поля в системе многозонных цилиндрических твэлов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2013. – № 1. – С. 54-62. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2013.1.08 .
11. Горбунов В.А. Опыт использования программного комплекса в Ивановском государственном энергетическом университете им. В.И. Ленина. // ANSYS Advantage (русская редакция). – 2011 – № 15 – С. 38-39.
12. Heat Transfer Module User’s Guide, Version COMSOL 3.5, - 2005. – 216 c. Электронный ресурс: https://extras.csc.fi/math/comsol/3.5/doc/ht/htug.pdf (дата доступа 20.11.2022).
13. Горбунов В.А. Моделирование теплообмена в конечно-элементном пакете FEMLAB: Уч. пособ. – Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2008.– 216 с.
14. Бирюлин Г.В. Теплофизические расчёты в конечно-элементном пакете COMSOL/FEMLAB. –СПб.: СПб ГУИТМО, 2006. – 76 с.
15. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.
16. Ильченко А.Г. Теплогидравлика реакторных установок: Уч. пособ. –Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2005.– 160 с.
17. Горбунов В.А., Иванова Н.Б., Лоншаков Н.А., Белов Я.В. Разработка модели по определению температурного поля твэла в двумерной постановке задачи. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 2. – С. 174-184. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.15 .
18. Dolgov A. Effective fuel solutions using SNF reprocessing. / Proc. of the Tvel JSC International Forum «AtomExpo», Moscow, May 31, 2016.
19. Горбунов В.А., Андрианов С.Г., Коновальцева С.С. Оценка влияния радиационного теплообмена на параметры температурных полей твэлов различного конструктивного исполнения // Вестник ИГЭУ. – 2021. – №2. – С. 23-31. DOI: https://doi.org/10.17588/2072-2672.2021.2.023-031 .
20. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Наука, 1972. –720 с.
21. Плотность урана и его теплофизические свойства при различных температурах. Электронный ресурс: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/plotnost-urana-i-ego-teplofizicheskie-svojstva-pri-razlichnyh-temperaturah (дата доступа 20.11.2022).

ВВЭР-1000 твэл топливная таблетка температурное поле удельная тепловая мощность коэффициент неравномерности энерговыделения

Ссылка для цитирования статьи: Горбунов В.А., Теплякова С.С., Лоншаков Н.А., Андрианов С.Г., Минеев П.А. Исследование влияния конструктивного параметра тепловыделяющего элемента на коэффициент неравномерности теплового выделения по высоте реактора ВВЭР-1000. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 2. – С. 27-40. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.03 .