Способ моделирования взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем

(5 21 С 17/00 САН БРЕ ЕНИ ЬСТВ а Й Эе(57) Изобретен ной технике и о в исследова ных реакторов,ляется повышени ия краевых усласплава топли ева Тв (1+щ,Г ЬТ,оносителемужения тигля теплоноситеия расплавйсо сть п ерхность расуказан- тигля соть падеОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГТИЯПРИ ГННТ ССОф К АВТОРСКОМУ СВИД(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕИСТВИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВАС ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ е относится к реакт ожет быть использов иях безопасности яд Целью изобретения я е качества моделиро овий взаимодействия ва с теплоносителем. Изобретение относится к реакторной технике и может быть использовано в исследованиях безопасности яДерньм реакторов и аварийных ситуаций при технологических процессах в алюминиевой и титановой промышленности.Цель изобретения - повышение качества моделирования краевых условий взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем,Способ моделирования взаимоде ствия расплавленного ядерного то ва с теплоносителем включает плавление ядерного топлива или вещества его моделирующего в камере, перелив расплава в тигель и приведение в контакт расплава с теплоносителем. Пред 2 Перед осуществлением контакта расплава с теплоносителем расплав перегревают в каме е до температуры Трасп) Тьей /1+ Ф )вп /(ясэ)р-т тепСя 1 гвп/ (Ясу расп +ЬТоотгде ТлеА - температура теплоносителя, Т 0 - экспериментально определяемое изменение температуры в объеме расплава при переливе и погружении, (1 су) и () раса - произведения теплопроводности, теплоемкости и плотности теплоносителя и расплава соответственно. Контакт расплава с теплоносителем осуществляют путем погружения тигля расплавом под уровень теплоносителя на глубину расположения расплавленного топлива в реакторе со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава,варительно расплав пере камере до температуры Т контакт топлива с те уществляют путем пог с расплавом под уровен ля на глубину располож ленного топлива в реак ростью, превышающей ск ния теплоносителя на и плава. При перегреве расплава д й температуры и погружени оростью, превышающей скор20 25 2) акоп Она может быть ентально.Подставляя (3) тр,к,), ТАед (1 определена экспери), им Идиот (4) Таким образом, в камере; удовлет ние (4), препятст временного взаимо перегрев расплава оряющий соотношеует началу преждеействия. 3 150117 ния теплоносителя на поверхность расплава, взаимодействие расплава топлива или вещества его моделирующего не начинается до достижения тиглем заданной глубины.Взаимодействие начинается после прекращения движения тигля, когда над поверхностью расплава имитируется столб теплоносителя, равный вы О соте столба теплоносителя в реакторе. При этом осуществляется фронтальный контакт теплоносителя с топливом (нли моделирующим его веществом)15Чтобы не происходило взаимодействия расплава с теплоносителем необходимо выполнение условия где Т,т - контактная температура,Т Д - температура Лейденфроста.Контактная температура при взаимодействии двух сред равна1Траспл+Ттеп (сУ)тэп /(ф ) асп конт 1д температура расплава вмомент времени контакта(в объеме расплава),(ЯР) тепи ОСр )рщ - произведения теплопроводности, теплоемкостии плотности теплоносителя и расплава соответственно,В свою очередь температура расплава в момент контакта ниже, чем начальная температура расплава (передпереливом из камеры в тигль), т.е,1Траоп = Трасп -Тпот) (3)где Т - изменение температуры впотобъеме расплава при переливе и погружении тигляс расплавом. 6 4Быстрое погружение тигля с расплавом - погружение со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава в тигле, препятствует грубому перемешиванию расплава с теплоносителем до достижения необходимой глубины погружения. При достижении заданной глубины погружения (равной высоте столба теплоносителя в реакторе над зоной расположения расплава ядерного топлива) на поверхность расплава фронтально падает столб теплоносителя, имитируя необходимые краевые условия взаимодействия. Кроме того, предотвращается разбрызгивание расплава топлива из зоны взаимодействия.Предлагаемый способ может быть реализован на установке, изображенной на фиг.1.Ядерное топливо 1 (или его моделирующее вещество) загружено в камеру 2, находящуюся в печи 3. В ниж ней части камеры 2 имеется отверстие 4 с запорным клапаном 5, соединенным со штоком 6. В полости камеры 2 расположена погружная термопара 7. Направляющие 8 соединены с под ным тиглем 9, внутри полости кот рого размещена погружная термопара 10. Печь 3 установлена над корпусом участка 11 взаимодействия, часть объема которого заполнена теплоносителем 12. В объеме теплоносителя размещена погружная термопара 13Ядерное топливо 1 (или моделирующее его вещество) может загружаться в камеру 2 в виде кусочков, таблеток, стружки или порошка. Печь 3 желательно закрыть крышкой. В качестве печи могут быть использованы, например, электропечь с нагревателями из вольфрама (для плавления высокотемпературного ядерного топлива) или нихрома (при плавлении веществ, включая и моделирующие с низкими температурами плавления), печь" индуктор, питаемый высокочастотным генератором. Отверстие 4 в нижней части камеры 2 может быть выполнено цилиндрическим, а запорный клапан 5 коническим. Шток б прижимает запорный клапан 5 к отверстию 4, напри- . мер, с помощью пружины, размещенной вне высокотемпературной зоны. При лавлении высокотемпературного ядерого топлива 1 в качестве погружных5 15011 термопар 7, 10 и 13 могут быть использованы, например, вольфрам-рециевые и платино-платцнородиевые термопары.5Направляющие 8 можно выполнить из полых трубок, через которые удобно вынести концы погруженной термопары 10, размещенной в полости поднижного тигля 9. Тигль 9 выполняется с 10двумя стенками, внутренняя из которых имитирует стенку канала активной зоны, а наружная обеспечивает движение тигля в теплоносителе 12 с малым гидравлическим сопротивле цием, имея обтекаемую носовую часть, Герметичный воздушный зазор между двумя стенками тигля служит быстрому термостатированию расплава топлива 1, снижению тепловых потерь и 20 предотвращению нежелательного взаимодействия между теплоносителем и наружной поверхностью тигля.Высота корпуса участка взаимодействия 11 выбирается таким образом, 25 чтобы обеспечить возможность погружения подвижного тигля 9 на максимальную заданную глубину погружения под уровЕнь теплоносителя.Погружение подвижного тигля 9 мо жет осуществляться либо его сбросом (свободно или с помощью пружины - при этом высота падения тигля в свободном газовом объеме внутри участка взаимодействия 11 должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить необходимую скорость дщгжеггия тигля в объеме теплоносителя 12), либо с помощью электропривода.На фиг2 показан пример синхрон ной записи показаний акустического датчика и датчика давления ца диаграммной ленте светолучевого осциллографа, полученный в эксперименте с подачей висмута массой 350 Г при 45 750 С в дистиллированную воду с температурой 30 С на установке, схема которой показана на фиг.1. Подвижный тигль с расплавом висмута сбрасывался с высоты 0,5 м.50Импульсы давления регистрировались индуктивным датчиком давления, расположенным в нижней части установки. Затем сигнал от датчика давления после усиления выводился на шлейфовый осциллограф. Одновременно ца этот же шлейфовый осциллограф выводились высокочастотные составляющие акустических шумов акустического датчи 76 6ка, представ ягггщггм собой волноводный преобразователь с пьезоэлементом из ЦТС. Волновод акустического датчика изготовлен в виде цилиндрического стержня из стали Х 18 Н 1 ОТ и служит механическим фильтром, подавляющим низкочастотные составляющиеспектра гягма.На фцг.2 показан момент входа вводу подвижного тигля с расплавомимитатора ядерного топлива по всплеску давления, момент начала контакта води с расплавом, по резкому нарастанию высокочастотных составляющих шумов кипения и момент парового взрыва по второму резкому нарастанию высокочастотных составляющих шумов кипения и также по появлению импульсов давления. Время от момента входа тигля с расплавом в воду до начала взаимодействия (фиг,2) составило О, 18 с. Тигль с расплавом свободно падал с высоты 0,5 м и погружался под уровень воды на глубину Н0,3 м. Время движения тигля в воде вычислялось как разность между полным временем движения тигля и временем свободного падения тигля в газовой фазе и не превышало с учетом погрешности О, 15 с.Таким образом, улучшение качества моделирования краевых условий взаимодействия достигается за счет взаимосвязанного влияния двух факторов: предотвращения грубого смешения расплава с теплоносителем из-за более быстрого перемещения тигля относительно основной массы теплоносителя и выпаривания пристенного слоя теплоносителя, увлекаемого вязкими силами из-за высокой температуры расплава. 11 о найденной экспериментально зависимости величины падения температуры расплава при переливе и транспортировке от величины исходных параметров расплава в камере устанавливается величина начального перегрева расплава в камере, обеспечивающая необходимые начальные условия взаимодействия под уровнем теплоносителя.Формула изобретенияСпособ моделирования взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем, включающий плавление ядерного топлива или вещества5011/6 янщор аоньошяЮ р 1 ойюмрызВчйшлоншв тийт цнзоВ Составитель А.Цыгановктор М,Недолуженко Техред М.Ходанич ектор М.Пожо изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,аказ 4880/51 Тираж 370 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5