EDN: CDJDGW
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.
Сорокин А.П. – главный научный сотрудник, доктор технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-84-47; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Денисова Н.А. – ведущий инженер.
Аннотация
Формирование полей скорости и температуры в ТВС активной зоны быстрых реакторов происходит под воздействием различных факторов. Показано, что к числу важнейших факторов относится сложная многосвязная геометрия, подверженная деформации в процессе кампании под воздействием неравномерностей температуры и радиационных эффектов в процессе кампании. Представлены и анализируются результаты исследований полей скорости и касательных напряжений, микроструктуры турбулентности. Демонстрируется интенсификация турбулентного переноса импульса в каналах в азимутальном и в радиальном направлениях в области зазоров между стержнями. Проведенный анализ указал на значительное различие в расчетных в рамках полуэмпирических моделей турбулентного переноса импульса и экспериментальных зависимостей коэффициентов турбулентного переноса импульса в радиальном и азимутальном направлениях и коэффициентов анизотропии турбулентного переноса импульса в пучках стержней. Результаты бенчмарка по теплогидравлике ТВС показали, что распространенные коммерческие коды лишь приближенно описывают экспериментальные данные. Показано, что интенсификация турбулентного переноса импульса в каналах сборок стержней обусловлена возникновением крупномасштабного турбулентного переноса импульса (вторичных токов). Рассчитан вклад крупномасштабного турбулентного переноса импульса в коэффициенты турбулентного переноса импульса в каналах сборок стержней. Получена зависимость коэффициента межканального турбулентного обмена импульсом, объяснена интенсификация межканального турбулентного обмена в тесных решетках стержней. Получена зависимость для коэффициентов неподобия вынужденного межканального конвективного обмена импульсом и массой, а также энергией и массой в сборках стержней, дистанционируемых проволочной навивкой. Изложены методики расчета и результаты численного моделирования температурного режима ТВС с распределенными случайным образом по методу Монте-Карло исходными параметрами, термомеханического анализа температурного поля в ТВС в процессе кампании. Получено представление о равновесной конфигурации пучка твэлов в шестигранном чехле в процессе облучения, напряженно-деформированном состоянии отдельного твэла и чехла ТВС. Обсуждаются задачи дальнейших исследований.
Ключевые слова
гидродинамика, теплообмен, турбулентные течения, жидкие металлы, быстрые реакторы, активная зона, тепловыделяющие сборки, твэлы
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Субботин В.И., Ибрагимов М.Х., Ушаков П.А., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчета). М.: Атомиздат, 1975. 406 c.
- Жуков А.В., Кириллов П.Л., Матюхин Н.М., Сорокин А.П., Тихомиров Б.Б., Ушаков П.А., Юрьев Ю.С., Мантлик Ф. и др. Теплогидравлический расчет ТВС быстрых реакторов с жидкометаллическим охлаждением. М.: Энергоатомиздат, 1985. 157 с.
- Bogoslovkaya G.P., Cevolani S., Ninokata H., Rinejski A.A., Sorokin A.P., Zhukov A.V. LMFR Core and Heat Exchanger Thermohydraulic Design: Former USSR and Present Russia Approaches. IAEA-TECDOC-1060. Vienna: IAEA, 1999.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Труфанов А.А., Камаев А.А., Орлов Ю.И., Алексеев В.В., Грабежная В.А., Загорулько Ю.И. Актуальные проблемы теплофизики реакторов на быстрых нейтронах. Теплоэнергетика, 2018, № 10, c. 60–69.
- Erbacher P.J. Cladding Tube Deformation and Core Emergency Cooling in a Loss of Coolant Accident of a Pressurized Water Reactor. Nuclear Engineering and Design, 1987, vol. 103, no. 1, pp. 55–64.
- Тихомиров Б.Б., Савицкая Л.В., Поплавский В.М., Сорокин А.П. Модели статистического учета радиационного формоизменения конструкционных материалов в расчете температурного режима ТВС быстрых реакторов. Доклад на французско-советском семинаре «Вопросы теплогидравлики активной зоны быстрых реакторов». Франция, Кадараш, 1986.
- Жуков А.В., Сорокин А.П., Ушаков П.А., Матюхин Н.М., Тихомиров Б.Б., Титов П.А., Михин В.И., Мантлик Ф., Гейна Я., Восагло Л., Червенка Я. Гидродинамические характеристики в ТВС быстрых реакторов. Препринт ФЭИ-1816. Обнинск, 1986. 68 с.
- Сорокин А.П., Жуков А.В., Богословская Г.П., Титов П.А., Ушаков П.А. Анализ особенностей турбулентной микроструктуры потока в пучках стержней ядерных реакторов. Препринт ФЭИ-2274. Обнинск, 1992. 45 с.
- Булеев Н.И. Пространственная модель турбулентного обмена. М.: Наука, 1989. 344 с.
- Хинце И.О. Турбулентность, её механизм и теория. М.: Физматгиз, 1963. 680 c.
- Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов (теоретические основы и физика процесса). Серия: Физика и техника ядерных реакторов. Вып. 38. М.: Энергоатомиздат, 1989. 183 с.
- Жуков А.В., Кузина Ю.А., Сорокин А.П. Анализ бенчмарк-эксперимента по гидравлике и теплообмену в сборке имитаторов твэлов с жидкометаллическим охлаждением. Атомная энергия, 2005, т. 99, вып. 5, с. 336–348.
- Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов (расчетные программы и практическое приложение). Серия: Физика и техника ядерных реакторов. Вып. 43. М.: Энергоатомиздат, 1991, 225 с.
- Markley R.A., Engel F.C. LMFBR Blanket Assembly Heat Transfer and Hydraulic Test Data Evaluation. Proc. of the Specialist's Meeting “Thermodynamics of FBR Fuel Subassemblies under nominal and non-nominal operating conditions”. IAEA, Karlsruhe, February 5–7 1978, IWGFR/29, pp. 229–253.
- Sorokin A.P., Efanov A.D., Zhukov A.V. Problems of Fast Reactors Thermohydraulics with Liquid Metal Cooling. Proc. of the ICONE-11-36131. Tokyo, Japan, April 20–23, 2003.
- Сорокин А.П., Богословская Г.П., Труфанов А.А., Денисова Н.А. Исследования влияния радиационного формоизменения ТВС на температурный режим и напряженно-деформированное состояние оболочки твэлов. Атомная энергия, 2016, т. 120, вып. 6, с. 341–346.
- Сорокин А.П., Юрьев Ю.С., Богословская Г.П., Карташов К.В., Абдулкадыров В.М. Планирование экспериментов на теплофизических стендах для заполнения матриц верификации интегральных кодов в части теплогидравлических кодов. Научно-технический сборник под общей редакцией С.Г. Калякина, О.Ф. Кухарчука, А.П. Сорокина. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2013, с. 99–116.
УДК 532.5.072.12
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2023, № 2, c. 132–145
