Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Иванов Е.Ф.
Решение задачи охлаждения твэлов в ТВС активной зоны в аварийных режимах, таких как ULOF, обусловливает изучение теплообмена при кипении жидкометаллических теплоносителей при пониженных расходах теплоносителя или даже опрокидывании циркуляции в ТВС. Имеются лишь ограниченные данные по кипению натрия в пучках твэлов для режимов с малыми скоростями течения теплоносителя или естественной конвекции. Представлены результаты серии экспериментов, проведенных в АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» по изучению кипения натрий-калиевого сплава в моделях одиночных ТВС и в системе параллельных ТВС в контурах с естественной циркуляцией. Также представлены результаты экспериментальных исследований теплообмена при кипении натрия в модели ТВС с «натриевой полостью», расположенной над активной зоной реактора, в режимах с естественной и вынужденной конвекцией. Впервые было показано, что при наличии «натриевой полости» в ТВС, предназначенной для компенсации положительного натриевого пустотного эффекта реактивности (НПЭР) в быстрых реакторах в аварийных ситуациях с кипением натрия, существует возможность продолжительного охлаждения твэлов в ТВС. Обсуждаются задачи дальнейших исследований.
1. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М., Новиков И.И., Федынский О.С. Теплопередача в жидких металлах. Жидкометаллические теплоносители. М.: Атомиздат, 1958.
2. Субботин В.И., Сорокин Д.Н., Овечкин Д.М., Кудрявцев А.П. Теплообмен при кипении металлов в условиях естественной конвекции. М.: Наука, 1969.
3. Зейгарник Ю.А., Литвинов В.Д. Кипение щелочных металлов в каналах. М.: Наука, 1983.
4. Кириллов П.Л. Теплообмен при кипении жидких металлов в круглых трубах (однофазный и двухфазный потоки). Дис. док. техн. наук. Москва, 1968.
5. Боришанский В.М., Кутателадзе С.С., Новиков И.И., Федынский О.С. Жидкометаллические теплоносители. М.: Атомиздат, 1976.
6. Двайер О. Теплообмен при кипении жидких металлов. М.: Мир, 1980.
7. Kikuchi Y., Haga K. Sodium boiling experiments in a 19 pin bundle under loss-of-flow conditions. Nuclear Engineering and Design, 1981, vol. 66, pp. 357–366.
8. Haga K. Loss of flow experiment in a 37 pin bundle LMRBR fuel assembly. Nuclear Engineering and Design, 1984, vol. 82, pp. 305–318.
9. Yamaguchi K. Flow pattern and dryout under sodium boiling conditions at decay power levels. Nuclear Engineering and Design, 1987, vol. 99, no. 3, pp. 247–263.
10. Kaiser A., Peppler W. Flow rundown experiments in a seven pin bundle. Nuclear Engineering and Design, 1977, vol. 43, pp. 273–283.
11. Huber F., Peppler W. Boiling and dryout behind local blockages in sodium cooled rod bundles. Nuclear Engineering and Design, 1984, vol. 82, pp. 341–363.
12. Kaiser A., Huber F. Sodium boiling experiments at low power under natural convection conditions. Nuclear Engineering and Design, 1987, vol. 100, pp. 367–376.
13. Huber F., Kaiser A., Mattes K. and Peppler W. Steady state and transient sodium boiling experiments in a 37 pin bundle. Nuclear Engineering and Design, 1987, vol. 100, pp. 377–386.
14. Gnadt P.A., Carbajo J.J., Dearing J.F Sodium boiling experiments in the THORS facility. Nuclear Engineering and Design, 1984, vol. 82, pp. 241–280.
15. Seiler J.M. Studies on sodium boiling phenomena in out-of-pile rod bundles for various accidental situation in LMFBR: experiments and interpretations. Nuclear Engineering and Design, 1986, vol. 82, pp. 227–239.
16. Seiler J.M., Juhel D., Dufour Ph. Sodium boiling stabilization in a fast breeder subassembly during an unprotected loss of flow accident. Nuclear Engineering and Design, 2010, vol. 240, pp. 3329–3335.
17. Жуков А.В., Сорокин А.П., Корниенко Ю.Н. Методы и результаты теплогидравлических исследований нестационарных процессов в ТВС быстрых реакторов. Обнинск, ФЭИ, 1988.
18. Сорокин А.П., Ефанов А.Д, Иванов Е.Ф., Марцинюк Д.Е., Богословская Г.П., Рымкевич К.С., Мальков В.Л. Расчетно-экспериментальные исследования условий устойчивого теплообмена при возникновении кипения жидкого металла в режиме аварийного расхолаживания быстрого реактора. Ядерная энергетика, 1999, № 2, c. 59–70.
19. Сорокин А.П., Ефанов А.Д., Иванов Е.Ф., Марцинюк Д.Е., Богословская Г.П., Рымкевич К.С., Мальков В.Л. Теплообмен при кипении жидкого металла в режиме аварийного расхолаживания быстрого реактора. Атомная энергия, 1999, том 87, вып. 5, с. 337–342.
20. Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Иванов Е.Ф., Богословская Г.П., Колесник В.П., Марцинюк С.С., Мальков В.Л., Сорокин Г.А., Рымкевич К.С. Исследования теплообмена и устойчивости кипения жидкометаллического теплоносителя в контуре естественной циркуляции. Теплоэнергетика, 2003, № 3, с. 20–26.
21. Efanov A.D., Sorokin A.P., Ivanov Eu.F., Bogoslovskaya G.P., Kolesnik V.P., Martsinyuk S.S., Sorokin G.A., Rymkevich K.S. An investigation of the heat transfer and stability of liquid-metal coolant boiling in a natural circulation circuit. Thermal Engineering, 2003, vol. 50, no. 3, pp. 194–201.
22. Efanov A.D., Sorokin A.P., Ivanov Eu.F., Bogoslovskaya G.P., Ivanov V.V., Volkov A.D. Liquid-metal boiling heat transfer in a system of channels under natural circulation conditions. Proc. 11th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-11). Avignon, France, 2005.
23. Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Иванов Е.Ф., Богословская Г.П., Иванов В.В., Волков А.Д., Сорокин Г.А., Зуева И.Р. Теплообмен при кипении жидкого металла в системе каналов в режиме естественной циркуляции. Теплоэнергетика, 2007, № 3, c. 43–51.
24. Efanov A.D., Sorokin A.P., Ivanov E.F., Sorokin G.A., Bogoslovskaia G.P., Ivanov V.V., Volkov A.D., Sorokin G.A., Zueva I.R., Fedosova M.A. Heat transfer under natural convection of liquid metal during its boiling in a system of channels. Thermal Engineering, 2007, vol. 54, no. 3, pp. 214–222.
25. Kasahara F., Ninokata H., Sorokin A.P., Bogoslovskaya G.P. Analysis of liquid-metal boiling under the natural circulation condition. Proc. NTHAS2: Second Japan – Korea symposium on nuclear thermal hydraulics and safety. Fukuoka, Japan, 2000.
26. Сорокин Г.А., Ниноката Х., Эндо Х., Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Иванов Е.Ф., Богослов-ская Г.П., Волков А.Д., Зуева И.Р. Экспериментальное и расчётное моделирование теплообмена при кипении жидкого металла в системе параллельных тепловыделяющих сборок в режиме естественной конвекции. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2005, № 4, c. 92–106.
27. Sorokin G.A., Sorokin A.P. Experimental and numerical investigations of liquid metal boiling in fuel subassemblies under natural circulation conditions. The Progress in Nuclear Energy Journal, 2005, vol. 47, no. 1–4, pp. 656–663.
28. Sorokin G.A., Ninokata H., Sorokin A.P., Endo H., Ivanov Eu.F. Numerical study of liquid metal boiling in the system of parallel bundles under natural circulation. Journal of Nuclear Science and Technology, 2006, vol. 43, no. 6, pp. 623–634.
29. Хафизов Р.Р., Поплавский В.М., Рачков В.И., Сорокин А.П., Труфанов А.А., Ашурко Ю.М., Волков А.В., Иванов Е.Ф., Привезенцев В.В. Экспериментальные исследования теплообмена при кипении натрия в модели ТВС в обоснование безопасности перспективного реактора на быстрых нейтронах. Теплоэнергетика, 2017, № 1, c. 10–19.
30. Khafizov R.R., Poplavsky V.M., Rachkov V.I., Sorokin A.P., Trufanov A.A., Ashurko Yu.M., Volkov A.V., Ivanov E.F., Privezentsev V.V. Experimental studies of heat exchange for sodium boiling in the fuel assembly model: safety substantiation of a promising fast reactor. Thermal Engineering, 2017, vol. 64, no. 1, pp. 6–14.
31. Aritomi M., Chiang J.H., Nakahashi T., Wataru M., Mori M. Fundamental Study on Thermo-Hydraulics during Stop-Up in Natural Circulation Boiling Water Reactor, (I) Thermo-Hydraulics Instabilities. Nuclear Science and Technology, 1992, vol. 29, no. 7, pp. 631–661.
32. Chiang J.H., Aritomi M. Fundamental Study on Thermo-Hydraulics during Stop-Up in Natural Circulation Boiling Water Reactor, (II) Natural Circulation Oscilation Induced by Hydrostatic Head Fluctuation. Nuclear Science and Technology, 1993, vol. 30, no. 3, pp. 203–211.
33. Хабенский В.Б., Герлига В.А. Нестабильность потока теплоносителя в элементах оборудования. Санкт-Петербург: Наука, 1994.
34. Podowski M.Z., Rosa M.P. Modeling and Numerical Simulation of Oscillatory Two-phase Flows with Application to Boiling Water Nuclear Reactors. Nuclear Engineering and Design, 1997, vol. 177, no. 2, pp. 179–184.
35. Zanocco P., Gimenez M., Delmastro D. Modeling Aspects in Linear Stability Analysis of a Self-Pressurized, Natural Circulation Integral Reactor. Nuclear Engineering and Design, 2004, vol. 231, no. 3, pp. 283–301.
36. Koncoro H., Iwahashi K., Rao Y.F., Fukuda K. Experimental Study on the Stability Characteristics of Two-phase Flows in Parallel Boiling Channels under Natural-Circulation Conditions. Proc. Int. Conf. on Nuclear Engineering. ASME, 1996, vol. 1, no. 1, pp. 373–383.
37. Хафизов Р.Р., Ашурко Ю.М., Волков А.В., Иванов Е.Ф., Привезенцев В.В., Сорокин А.П., Кумской В.В. Подготовка экспериментального стенда АР-1 и экспериментальной модели к проведению исследований кипения натрия в модели ТВС в обоснование безопасности быстрого реактора нового поколения. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2014, № 1, c. 77–87.
38. Ашурко Ю.М., Андреева К.А., Бурьевский И.В., Волков А.В., Елисеев В.А., Егоров А.В., Кузнецов И.А., Коробейникова Л.В., Матвеев В.И., Соломонова Н.В., Хомяков Ю.С., Царапкина А.Н. Исследование влияния натриевого пустотного эффекта реактивности на безопасность быстрого натриевого реактора большой мощности. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2014. № 3, c. 5–13.
