EDN: VMHSSE
Авторы
Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Дельнов В.Н., Денисова Н.А.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Сорокин А.П. – главный научный сотрудник, доктор технических наук, отделение ядерной энергетики. 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..
Кузина Ю.А. – начальник отделения ядерной энергетики, кандидат технических наук.
Дельнов В.Н. – начальник отдела, доктор технических наук.
Денисова Н.А. – ведущий инженер отделения ядерной энергетики.
Аннотация
Изложены результаты исследований теплогидравлических процессов в обоснование характеристик и безопасности реакторов на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением по широкому спектру задач, включая гидродинамику и теплообмен в каналах и тепловыделяющих сборках твэлов активной зоны, в том числе, в условиях формоизменения пучка твэлов в процессе кампании и блокировки части проходного сечения ТВС, внутрикорпусную циркуляцию и теплообмен стратифицированного теплоносителя в реакторе на быстрых нейтронах с интегральной компоновкой оборудования в номинальном режиме с вынужденной конвекцией и естественной конвекцией теплоносителя (аварийное расхолаживание), в теплообменниках и парогенераторах быстрых реакторов. Представлены результаты экспериментальных исследований особенностей гидродинамики проточных частей реакторных установок, теплообменников и реакторов ядерных энергетических установок. Показана эффективность использования разнонаправленных проволочных навивок, создающих противоположно направленные потоки теплоносителя в поперечных направлениях. Наибольший эффект выравнивания наблюдается при разнонаправленным по рядам твэлов винтовым проволочным дистанционировании. Представлены результаты проведенного на аэродинамическом стенде и гидролотке большого комплекса экспериментальных исследований гидродинамики проточных частей различных типов осесимметричных плоских и цилиндрических раздающих коллекторных систем с различными условиями подвода и отвода жидкости, закономерности которых являются предметом двух научных открытий. Изложены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования процессов кипения жидких металлов в сборках твэлов активной зоны в аварийных режимах, решения проблемы пассивного (саморегулируемого) останова быстрых реакторов. Показана возможность отвода тепла кипящим теплоносителем в модельной ТВС с «натриевой полостью» при тепловых нагрузках 10–15 % и уровне расхода натрия около 5 % от номинальных значений. Актуально создание системы верификационных тестов и на этой базе совершенствование и верификация теплогидравлических расчетных кодов. Должны быть продолжены теплогидравлические исследования запроектых аварий.
Ключевые слова
быстрый реактор, натрий, теплогидравлика, безопасность, аварийные режимы, эксперимент, численное моделирование, активная зона, бак реактора, турбулентный перенос, стратификация, кипение щелочных металлов
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Liquid Metal Cooled Reactors: Experience in Design and Operation. IAEA-TCDOC-1569. Vienna: IAEA, 2007. 263 p.
- Поплавский В.М. Состояние и тенденции развития технологии быстрых реакторов. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 1, c. 5–15.
- Клинов Д.А., Гулевич А.В., Каграманян В.С., Декуссар В.М., Усанов В.И. Вызовы и стимулы развития натриевых быстрых реакторов в современных условиях. Атомная энергия, 2018, т. 125, вып. 3, с. 131–136.
- Нигматулин Б.И. Атомная энергетика мира и России. Состояние и развитие. 1970–2018–2040 (2045) гг. М.: Издательский дом МЭИ, 2019. 420 с.
- Кузина Ю.А., Сорокин А.П. Теплофизика щелочных жидких металлов. Часть 1: теплогидравлика и безопасность (ретроспективно-перспективный взгляд). Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, № 3, с. 210–232. Доступно на: https://vant.ippe.ru/
year2019/3/thermal-physics-hydrodynamics/1765-19.html (дата обращения 08.05.2024).
- Кузина Ю.А., Сорокин А.П., Дельнов В.Н., Денисова Н.А., Сорокин Г.А. Теплогидравлические исследования щелочных жидкометаллических теплоносителей в обоснование ядерных энергетических установок. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2022, № 2, с. 49–61.
- Рачков В.И., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Орлов Ю.И., Сорокин А.П. Использование жидких металлов в ядерной, термоядерной энергетике и других инновационных технологиях. Теплоэнергетика, 2014, № 5, с. 20–30.
- Кузина Ю.А., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Грабежная В.А., Загорулько Ю.И., Камаев А.А., Орлов Ю.И. Комплексные исследования актуальных проблем теплофизики быстрых реакторов. Избранные труды АО «ГНЦ РФ – ФЭИ». Отв. ред. А.А. Говердовский. Обнинск, 2021. С. 256–272.
- Рачков В.И., Поплавский В.М., Цибуля А.М., Багдасаров Ю.Е., Васильев Б.А., Каманин Ю.Л., Осипов С.Л., Кузавков Н.Г., Ершов Б.Н., Аширметов Р.Н. Концепция перспективного энергоблока с быстрым натриевым реактором БН-1200. Атомная энергия, 2010, т. 108, вып. 4, с. 201–205.
- Пономарев-Степной Н.Н. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с замкнутым топливным циклом на основе БН ВВЭР. Атомная энергия, 2016, т. 120, вып. 4, с. 183–191.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Беренский Л.Л., Денисова Н.А., Тихомиров Б.Б. Моделирование формирования температурного поля активной зоны реакторов на быстрых нейтронах с учетом стохастического отклонения параметров с использованием метода Монте-Карло. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 1, с. 125–143. Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2022/1/thermal-physics-hydrodynamics/2122-12.html (дата обращения 08.05.2024).
- Субботин В.И., Ибрагимов М.X., Ушаков П.А., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчета). М.: Атомиздат, 1975. 408 с.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Физическое моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в ЯЭУ с жидкометаллическими теплоносителями. Теплоэнергетика, 2019, № 8, с. 1–9.
- Ибрагимов М.X., Субботин В.И., Бобков В.П., Сабелев Г.И., Таранов Г.С. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах. М.: Атомиздат, 1978. 296 с.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Денисова Н.А. Гидродинамика турбулентных потоков в ТВС быстрых реакторов (поле скорости и микроструктура турбулентности). Вопросы атомной науки и техники. серия: Ядерно-реакторные константы, 2021, № 2, с. 139–166.
- Рачков В.И., Сорокин А.П., Жуков А.В. Теплогидравлические исследования жидкометаллических теплоносителей в ядерных энергетических установках. Теплофизика высоких температур, 2017, т. 56, № 1, с. 121–136.
- Гордеев С.С., Сорокин А.П., Тихомиров Б.Б., Труфанов А.А., Денисова Н.А. Методика теплогидравлического расчета температурных режимов ТВС с учетом межканального перемешивания теплоносителя и случайного отклонения параметров в процессе кампании. Атомная энергия, 2017, т. 122, вып. 1, с. 17–25.
- Гордеев С.С., Сорокин А.П. Влияние формоизменения на формирование температурного режима активной зоны реакторов на быстрых нейтронах в процессе кампании. Атомная энергия, 2019, т. 126, вып. 2, с. 63–69.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Денисова Н.А. Гидродинамика и теплообмен в ТВС активной зоны быстрых реакторов со спиральными проволочными навивками на твэлах. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 1, с. 189–209. Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2022/1/thermal-physics-hydrodynamics/2127-17.html (дата обращения 08.05.2024).
- Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов (расчетные программы и практическое приложение). М.: Энергоатомиздат, 1991. 225 с.
- Габрианович Б.Н., Дельнов В.Н. Особенности гидродинамики проточных частей коллекторных систем теплообменников и реакторов ЯЭУ. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2016. 216 с.
- Дельнов В.Н., Габрианович Б.Н., Юрьев Ю.С. Закономерность распределения жидкости на выходе из проточных частей раздающих коллекторных систем. Диплом на открытие МААНОиИ № 518. Заявка на открытие: № 670 от 17.04.2019. Приоритет открытия: 26.11.2012.
- Дельнов В.Н. Явление возникновения гидродинамической идентичности в раздающих коллекторных системах. Диплом на открытие МААНОиИ № 524. Заявка на открытие: № А-678 от 25.02.2021. Приоритет открытия: 2018.
- Ushakov P.A., Sorokin A.P. Modeling problems of emergency natural convection heat removal in the upper plenum of LMR using water. Proceeding of 8th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-8). USA, Baltimore, April 2–6, 2000. ICONE–8078.
- Opanasenko A.N., Sorokin A.P., Zaryugin D.G., TrufanovA.A. Fast Reactor: an Experimental Study of Thermohydraulic Processes in Different Operating Regimes. Thermal Engineering, 2017, vol. 64, no. 5, pp. 336–344.
- Кузина Ю.А., Сорокин А.П., Денисова Н.А. Экспериментальное моделирование теплообмена в тепловыделяющих сборках быстрых реакторов в аварийных режимах в условиях естественной конвекции. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2021, № 4, c. 106–120.
- Markley R.A., Engel F.C. LMFBR Blanket Assemly Heat Transfer and Hydraulic Test Data Evaluation. Thermodynamics of FBR Fuel Subassemblies under Nominal and Nonnominal Operating Conditions. Summury Report, Vienna, 1979.
- Wheeler C.L. COBRA-IV-I: A Interim Version of COBRA for Thermal. Hydraulic Analysis of Rod Bundle Fuel Elements and Cores. BNWL-1962. Washingtion: Battelle-Pacific Northwest Laboratories Richland, 1976.
- Wolf L., Fisher K., Herkenrath H., Hufschmidt W. Comprehensive Assessment of the Ispra BWR and PWR Subchannel Experiments and Code Analysis with Different Two-Phase Model and Solution Schemes. Nuclear Engineering and Design, 1987, vol. 100, pp. 329–350.
- Novendstern E.H. Mixing Model for Wire-Wrap Fuel Assemblies. Transaction of American Nuclear Society, 1972, vol. 15, no. 2, p. 866.
- 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.
- LMFR Core Thermohydraulic: Status and Prospects. IAEA-TECDOC-1157, Vienna: IAEA, 2000.
- Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Жуков А.В., Богословская Г.П., Сорокин Г.А. Теплогидравлические аспекты глубокого выгорания ядерного топлива в быстрых реакторах. Атомная энергия, 2003, т. 95, вып. 3, с. 186–193.
- Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М., Богословская Г.П., Кузина Ю.А. Характеристики модельных ТВС реакторов при частичной блокировке проходного сечения. Сборник тезисов докладов межотраслевой тематической конференции «Теплофизика – 2005». Обнинск, ГНЦ РФ – ФЭИ, 16–18 ноября 2005. Обнинск: ОНТИ ГНЦ РФ – ФЭИ, 2006, с. 32–33.
- Субботин В.И., Сорокин Д.Н., Овечкин Д.М., Кудрявцев А.П. Теплообмен при кипении металлов в условиях естественной конвекции. М.: Наука, 1969. 270 с.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Иванов Е.Ф. Особенности теплообмена при кипении жидкого металла в аварийных режимах в ТВС быстрых реакторов. Атомная энергия, 2019, т. 126, вып. 2, с. 69–78.
- 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.
- 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. https://vant.ippe.ru/year2018/
3/thermal-physics-hydrodynamics/1548-17.html (дата обращения 08.05.2024).
- Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Субботин В.И. Испарение и конденсация жидких металлов. М.: Атомиздат, 1976. 216 c.
- Сердунь Е.Н., Сорокин А.П., Портяной А.Г., Мальцев В.Г., Портяной Г.А., Вознесенский Р.М. Разработка и изучение пассивных защитных устройств для управления запроектными авариями на основе гидрокапиллярных систем. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2000, вып. 3, с. 6–13.
УДК 536.24:621.039.534.6
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2024, № 2, c. 212–231
