ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы


Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года
ISSN 2414-1038 (online)

DOI: 10.55176/2414-1038-2021-4-106-120

Авторы

Кузина Ю.А., Сорокин А.П., Денисова Н.А.

Организация

АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия

Кузина Ю.А. – начальник отделения ядерной энергетики, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Обнинск, Калужская обл., пл. Бондаренко 1, Россия. Тел.: (484) 399-86-63; e-mail:  Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Сорокин А.П. – главный научный сотрудник, доктор технических наук.
Денисова Н.А. – ведущий инженер отделения ядерной энергетики.

Аннотация

Рассматриваются результаты экспериментальных исследований теплообмена, выполненных в ГНЦ РФ – ФЭИ на моделях ТВС активных зон и экранов быстрых реакторов БОР-60, БН-350, БН-600, БН-800 (относительный шаг решетки имитаторов твэлов изменялся в интервале 1,04≤s/d≤1,24) при естественной конвекции жидкометаллических теплоносителей, являющиеся базовыми для отработки расчетных кодов.
Модельные ТВС быстрых реакторов содержат 37 тепловыделяющих элементов (имитаторов твэлов), расположенных в треугольной решетке и заключенных в шестигранный чехол. Обогрев элементов осуществлялся нихромовыми нагревателями, обеспечивающими постоянный тепловой поток на внутренней поверхности элементов и по длине энерговыделения.
Центральный, боковой и угловой элементы выполнены поворотными. На их поверхности заделаны по 12 хромель-алюмелевых термопар в чехлах из стали X18H9T (диаметр чехла 0,8×0,5 мм, диаметр термоэлектродов 0,2 мм), измеряющих температуру теплоносителя в коллекторах моделей, а также в каждой ячейке на выходе из пучка. Дистанционирование элементов осуществляется с помощью проволочных навивок; используются также варианты гладких имитаторов твэлов.
Экспериментальные исследования на модельных ТВС выявили закономерности в формировании температурных полей в твэлах и теплоносителе. Естественная конвекция проявляется в области малых скоростей, способствует перемешиванию жидкости между каналами, выравниванию неравномерности подогрева теплоносителя в поперечном сечении ТВС и снижает азимутальную неравномерность температуры пристенных твэлов в ТВС.
Результаты экспериментальных исследований показывают, что воздействие естественной конвекции проявляется в области чисел Ре≤10 (Rе≤2000) в решетках с относительными шагами (s/d<1,05) и в широких пучках (s/d<1,3 в большей степени в пучках гладких твэлов по сравнению с пучками оребренных твэлов. Введение вытеснителей в периферийные каналы ТВС не вносит принципиальных изменений в характер температурного поля в ТВС по сравнению с вариантом геометрии ТВС без вытеснителей.
Предпринята попытка обобщения экспериментальных данных с использованием критерия Gr*Pr, где Gr* – модифицированное число Грасгофа, рассчитываемое по локальному тепловому потоку на поверхности теплообмена и осевой координате, отсчитываемой от начала участка энерговыделения.
В зависимостях ΔTwmax = f(Gr*Pr2sup>) при Ре<100 для оребренных боковых элементов и Ре<10 для гладких боковых элементов наблюдаются две области изменения ΔTwmax в функции роста Gr*Pr2 – сначала происходит увеличение ΔTwmax до некоторого «предельного» значения, характерного для фиксированного Ре, а затем – падение ΔTwmax при больших значениях параметра Gr*Pr2. По мере увеличения числа Пекле происходит смещение «предельного» значения ΔTwmax в область бóльших значений Gr*Pr2; а при Ре=370 для оребренных элементов и Ре=26,5; 100 для гладких элементов предельное значение ΔTwmax не достигается в исследованном интервале изменения параметра Gr*Pr2. Для гладких боковых элементов предельные значенияΔTwmax примерно одинаковы для различных чисел Ре и составляют ΔTwmax≈10.

Ключевые слова
быстрый реактор, активная зона, тепловыделяющая сборка, твэл, жидкометаллические теплоносители, аварийный режим, естественная конвекция, тепловой поток, теплообмен, температура, подогрев, скорость, оребрение, периферийный, пристенный твэл, вытеснитель, число Рейнольдса, число Пекле, число Грасгофа

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 536.24

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 4, 4:10