О возможности охлаждения корпуса реактора ВВЭР большой мощности воздушно-капельным спреем при запроектной аварии

25.03.2025 2025 - №01 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

Д.Г. Зарюгин С.Т. Лескин С.А. Михин В.В. Сергеев В.И. Слободчук

https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.06

Для реакторов с большой мощностью остаточных энерговыделений ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ и др. концепция удержания расплава внутри корпуса реактора только за счет теплообмена с водой при ее кипении в большом объеме шахты реактора не обеспечивает надежное охлаждение корпуса, так как при больших тепловых потоках (с плотностью выше 10⁶ Вт/м²) кипение переходит в пленочный режим и наступает кризис теплообмена. Сравнительный анализ различных систем охлаждения показывает, что самым надежным и эффективным способом предотвращения кризиса теплообмена является интенсификация теплообмена на охлаждаемой поверхности с применением воздушно-капельного распылительного устройства (ВКРО). В статье приводится обзор работ, посвященных газокапельному охлаждению высокотемпературных поверхностей, представлены предварительные расчеты с использованием корреляций несмачивающего режима охлаждения как представляющего наибольший интерес для ВКРО. Рассмотрены методики расчета газокапельного охлаждения в системных кодах. Показана качественная сходимость результатов расчетов с экспериментальными данными. Обозначены особенности спрейного охлаждения корпуса реактора ВВЭР большой мощности. Продемонстрирована схема возможного размещения распылительных форсунок в шахте реактора. Ввиду отсутствия единой верифицированной модели спрейного охлаждения высокотемпературных поверхностей экспериментальные исследования занимают основное место в рассматриваемой научной проблеме – проблеме охлаждения корпуса реактора ВВЭР большой мощности при запроектной аварии.

Ссылки

1. Резепов В.К., Денисов В.П., Кирилюк Н.А., Драгунов Ю.Г., Рыжов С.Б. Реакторы ВВЭР-1000 для атомных электростанций. М.: Академкнига, 2004, 333 с.
2. Сулацкий А.А., Черный О.Д., Ефимов В.К., Грановский В.С. Кризис теплообмена на наружной поверхности корпуса ВВЭР. Теплоэнергетика. 1998;11:35–39.
3. Вертков А.В., Комов А.Т. и др. Применение диспергированного газожидкостного потока для охлаждения жидкометаллического лимитера токамака Т-10. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2018;41(1):57–64. DOI: https://doi.org/10.21517/0202-3822-2018-41-1-57-64
4. Штелинг В.С., Дедов А.В. и др. Экспериментальное исследование эффективности термостабилизации стенки диспергированным потоком. Теплоэнергетика. 2022;12:54–63. DOI: https://doi.org/10.56304/S0040363622120086
5. Войтков И.С., Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Высокотемпературное испарение капель воды в газовой среде. Журнал технической физики. 2017;87(12):1911–1914. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2017.12.45220.2218
6. Исаченко В.П., Кушнырев В.И. Струйное охлаждение. М.: Энергоатомиздат, 1984, 216 с.
7. Карпов П.А. Теплообмен при испарительном охлаждении поверхности многоструйным импульсным спреем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск. 2021, 132 с. URL: https://www.nstu.ru/files/dissertations/dissertaciya_karpov_p.n._163427428270.pdf (дата обращения 13.01.2025).
8. Колдин А.В., Платонов Н.И. Теплообмен при струйном охлаждении высокотемпературной поверхности. Вестник Челябинского государственного университета. Физика. 2013;25(18):48–
9. URL: https://elibrary.ru/contents.asp?id=33909325 (дата обращения 13.01.2025).
10. Братута Э.Г. Кризис теплообмена при охлаждении поверхности диспергированной жидкостью. Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1986;6:102–105.
11. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, 360 с.
12. Юдов Ю.В., Волкова С.Н., Мигров Ю.А. Замыкающие соотношения теплогидравлической модели расчетного кода КОРСАР. Теплоэнергетика. 2002;11:22–29.
13. Юдов Ю. В. Численное моделирование теплогидравлических процессов в циркуляционных контурах реакторных установок с водяным теплоносителем. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Сосновый бор, 2021, 277 стр. URL: https://www.ibrae.ac.ru/docs/108/yudovidissertatsiya.pdf (дата обращения 28.02.2025).
14. Bell K.J. Справочник по теплообменникам. В 2-х томах. Перевод с англ. под ред. О.Г. Мартыненко. М.: Энергоатомиздат, 1987, Том 2, 352 с.
15. ANSYS Fluent Theory Guide. ANSYS Inc., 2013, 814 c.
16. Локтионов В.Д. Способ охлаждения и защиты корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии и устройство для его осуществления. 2019, Патент РФ № RU 2743090.
17. Соловьев С.Л., Зарюгин Д.Г., Калякин С.Г., Лескин С.Т., Соловьев Д.С. Новые технические решения для проектирования пассивных систем безопасности АЭС. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2024;1:74–86. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.1.06

газокапельное охлаждение высокотемпературных поверхностей моделирование теплообмена системные коды запроектная авария на АЭС большой мощности применение воздушно-капельного охлаждения в системах безопасности АЭС

Ссылка для цитирования статьи: Зарюгин Д.Г., Лескин С.Т., Михин С.А., Сергеев В.В., Слободчук В.И. О возможности охлаждения корпуса реактора ВВЭР большой мощности воздушно-капельным спреем при запроектной аварии. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2025. – № 1. – С. 81-95. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.06 .