Сорокин А.П.1, Кузина Ю.А.1, Денисова Н.А.1,
Сорокин Г.А.2
Результаты проведенных экспериментальных на стенде АР-1 и расчетных
с использованием модифицированного расчетного кода SABENA-3D исследований
кипения жидких металлов в модельных ТВС в режиме естественной конвекции
показали, что режим устойчивого
пузырькового кипения в модельных ТВС отмечается лишь в ограниченной области
тепловых потоков, его переход в режим неустойчивого пульсационного снарядного
кипения определяется разными факторами. В системе параллельных ТВС
возникновение колебательного процесса при кипении теплоносителя в одной из ТВС
приводит к противофазному колебательному процессу в другой ТВС, в дальнейшем
колебания в различных контурах носят противофазный характер. Гидродинамическое
взаимодействие контуров с течением времени приводит к значительному увеличению
амплитуды колебаний расхода теплоносителя в них («резонанс» пульсаций расхода)
и возможному «запиранию» или инверсии расхода теплоносителя в контурах, росту
температуры теплоносителя и оболочки тепловыделяющих элементов (эффект
межканальной неустойчивости) и, в конечном итоге, к возникновению кризиса
теплообмена. Картограммы режимов течения двухфазного потока жидких металлов в моделях ТВС в одиночных контурах и при их
параллельной работе согласуются между собой и существенно отличаются от картограммы для воды. Теплоотдача при кипении
жидких щелочных металлов в сборках твэлов и трубах в диапазоне плотности
теплового потока свыше 100 кВт/м2 выше в 1,5 раза, чем при кипении в
большом объеме. Коэффициенты
теплоотдачи имитаторов твэлов при кипении жидкого металла в моделях ТВС в
одиночных контурах и при их параллельной работе согласуются между собой. Модифицированный расчетный код SABENA-3D позволяет моделировать
гидродинамическую устойчивость циркуляции теплоносителя и теплообмен при
кипении жидкого металла как в одиночных ТВС, так и в системе параллельных ТВС в
контурах с естественной конвекцией теплоносителя.
1. 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, с. 5–13.
2. Ашурко Ю.М., Волков А.В., Раскач К.Ф., Соломонова Н.В.
Влияние нейтронно-физической модели на расчет тяжелой аварии с кипением натрия
в быстром реакторе. Атомная энергия, 2017, т. 122, вып. 4, с. 183–189.
3.
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, Special Issue: Innovative Nuclear Energy System for
Sustainable Development of the World. Proceeding of the First COE-INES
International Symposium, INES-1. Tokyo, Japan, October 31 – November 4,
2004. 2005, vol. 47, no. 1–4, pp. 656–663.
4. Волков А.В., Кузнецов И.А. Усовершенствованная модель кипения
натрия для анализа аварий в быстром реакторе. Известия вузов. Ядерная
энергетика, 2006, № 2, c. 101–111.
5. Kaizer A., Huber F. Sodium Boiling
Experimental a Low Power under Natural Convection. Nuclear Engineering and
Design, 1987, vol. 100, no. 3, pp. 367–376.
6. Yamaguchi K. Flow Pattern and Dryout under Sodium
Boiling Conditions. Nuclear Engineering and Design, 1987,
vol. 99, no. 3, pp. 247–263.
7. 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.
8.
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.
9. Сорокин Г.А., Ниноката Х., Эндо Х., Ефанов А.Д.,
Сорокин А.П., Иванов Е.Ф., Богословская Г.П., Иванов В.В.,
Волков А.Д., Зуева И.Р. Экспериментальное и расчетное моделирование
теплообмена при кипении жидкого металла в системе параллельных тепловыделяющих
сборок в режиме естественной конвекции. Ядерная Энергетика, 2005, № 4,
c. 92–106.
10. Sorokin A.P., Ivanov Eu.F., Kuzina Ju.A.,
Denisova N.A., Nizovcev A.A., Privezencev V.V., Sorokin G.A. Experimental
and Numerical Investigations into Heat Exchange and Stability of Circulation
during Liquid Metals’ Boiling in Assemblies of Fast Neutron Reactors in
Accident Regimes. Thermal Engineering, 2021, vol. 68, no. 10, pp. 752–762.
11. 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.
12. Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Иванов Е.Ф. Теплообмен
при кипении жидкометаллических
теплоносителей в ТВС быстрых реакторов в аварийных режимах. Вопросы Атомной
Науки и
Техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 3, c. 176–194.
Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2018/3/thermal-physics-hydrodynamics/1548-17.html (дата обращения 12.04.2022).
13. Sorokin G., Ninokata H., Sorokin A., Endo H. Numerical Modelling of
Liquid Metal Boiling in Parallel Channels under Natural Circulation Conditions.
Proceeding “Hydrodynamics and Heat Transfer in Single and Two Phase Flow of
Liquid Metals”. 11th International Meeting of the IAEH Working Group
on Advanced Nuclear Reactors Thermal Hydraulics. Obninsk, 5–9 July
2004. IPPE, 2005, pp. 355–368.
14. Чиркин В.С. Теплофизические
свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1968. 484 c.
15. Ohse R.W. Handbook of Thermodynamics and Transport
Properties of Alkali Metals. Oxford: Blackwell Scientific Publ., 1985.
1009 p.
16. Быстров П.М., Каган Д.Н., Кречетова Г.А. и др. Тепловые трубы с жидкометаллическим
охлаждением и энергетические установки. М.: Наука, 1988. 263 c.
17. Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей (справочные
таблицы и соотношения): Обзор ФЭИ-0291. М.: ЦНИИатоминформ, 2000. 42 c.
18. Sorokin G., Sorokin A. Experimental and Numerical Investigations of
Liquid Metal Boiling in Fuel Subassemblies under Natural Circulation
Conditions. Accepted for publication in Special Volume of the Progress in
Nuclear Energy, Great Britain, September 2005.
19. Боришанский В.М., Кутателадзе С.С., Новиков И.И., Федынский О.С. Жидкометаллические
теплоносители. М.: Атомиздат, 1976. 328 c.
20. Зейгарник Ю.А., Литвинов В.Д. Кипение щелочных металлов в каналах. М.: Наука, 1983.
126 c.
