Способ экспериментального определения полей температур в узлах активной зоны быстрого реактора

(54) СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГООПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУР ВУЗЛАХ АКТИВНОЙ ЗОНЫ БЫСТРОГОРЕАКТОРА Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам 12 ОПИСАН авторскому свидетельст(57) Сущность изобретения: способ основан на экспериментальном определении координат максимумов распухания материала дистанционирующей проволоки и материала оболочки твэла, Координаты максимумов распухания оболочки и дистанционирующей проволоки определяют по окончании реакторной кампании, Местоположение максимумов распухания известным математическим законом связано с температурными условиями работы твэлов. Это позволяет определить положение в активной зоне участков с истинной, усредненной по времени экспериментальной кампании, температурой оболочки твэла, 1 ил.Изобретение относится к исследованиям тепловых режимов активных зон (АЗ) ядерных реакторов, в частности, на быстрых нейтронах (РБН);Цель изобретения - повышение точности определения температурных условий работы штатных твэлов.Поставленная цель достигается тем, что определение полей температур в узлах активной зоны РБН ведут по окончанию реакторной кампании, дополнительно определяют координаты максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки, причем о температуре оболочки твэла судят по величине температурного напора в центральной части активной зоны, зависящей от координат максимумов распухания,Сопоставительный анализ теплофизических расчетов и экспериментальных данных позволяет определить усредненную по кампании величину температурного напора Л 1 а в районе центра АЗ и оценить рабочую температуру твэла в районах:- максимума распухания материала оболочки;- максимума распухания материала дистанционирующей проволоки;- максимума температур оболочки твэла,Графический пример сопоставительного анализа расчетных кривых распределения температур и экспериментальныхзависимостей распухания материалов твэлапо высоте АЗ приведен на чертеже,Исходя из того, что:- температура максимума распуханияТр, материала оболочки Тр.твэл и ее дистанционирующей проволоки Трд одинакова- от практически непосредственного соприкосновения с топливом оболочка имееттемпературу Ттвэл несколько большую, чемтемпература дистанционирующей проволоки Тд, находящейся в теплоносителе, т.е.Ттв-лТд в районе центра АЗ;- распределение подогрева теплоносителя по высоте АЗ Тна(1) соответствуетраспределению температур на ее дистанционирующей проволоке Тд(п), т.е. Тиа= Тд(Ь), следует, что расположение координат максимумов распухания материала оболочки цЬвэл"экс) и дистанционирующейпроволоки Ь(Яд) одного и того же твэлахарактеризуются некоторым смещениемЬ Ь относительного друг друга, т.е.Д( (З макс)т( щмэкс)1 На чертеже кривые К, Ч - соответственноэкспериментальные зависимости распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки по высоте АЗ,5 В предлагаемом способе по величинеЛ Ь определяется величина температурного напора Л 1 амакс в районе максимума распухания материала дистанционирующей проволоки Яд, Для этого используется закон распределения подогрева теплоносителя по высоте АЗ в виде монотонно возрастающей функции(кривая 1) с минимальным значением температуры на входе теплоносителя в ТВС 1 Д (Ь = О) (точка 1, кривая ) и максимальным значением температуры на выходе теплоносителя из ТВС тд (и = Н) (точка 5, кривая ,). Закон изменения температуры теплоносителя имеет вид20Т 2 Ь)1= 1 Ь=О) + - 1+д ., л 2 я 1 пугде Е - 2 Ь/Н - безразмерная координата;25У = - 1 + -- безразмерный паратг 212 Йметр;ЛТ - подогрев теплоносителя;30тт Р Н я 1 пуЧСф С У вах (2)Ргде О - диаметр твэла, мм; Н - длина АЗ, мм;35 6 - расходтеплоносителя, кг/с; Ср - объемная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг хх гРад: Чмакс - максимальнаЯ плотность теплового потока, Вт/м; 1 - экстраполированг,ная добавка,Температура стенки твэла отличается отсредней температуры жидкости в данномсечении на величину температурного напора Лта в пограничном слое теплоносите 45 лТ 2 Ь= Т 2 Ь)1 +(3) Изменение закона описывается кривойИ (см, чертеж).Определив экспериментально координаты максимумов распухания материала оболочки Ь(Ятвэл"ш) и дистанционирующей пооволоки т(Яд) и учитывая, что Тр-Тр,твэл. - Трд, определяют величину темпе-.1829706 В практике для экспресс-оценки величины температурного напора в районе центра АЗ и температуры оболочки твэла в районах максимумов распухания материала оболочки Ь(Ятвэд") и дистанционирующей проволоки цядс) предлагается воспользоваться соотношением, основан ным на линеаризации закона распределения теплоносителя по высоте АЗ Тд 2(Ь) и линеаризации закона распределения температуры оболочки твэла по высоте АЗ . Ттвэд 12(Ь)1 на участке(9) М1 пу 2 й(Б )-в 1 пу 2 й(Б )д51+сояэ 2 Ь(Б )-сову 2 Ь(Б )д твэл 55 Х 1, й(Б ) ратурного напора Ьха врайоне Ь(Зд)по соотношению Ьт- " Т (2 Ь(Б ) ) или, учтя (3), получают Ь 1 ЬТ 2 в 1 п у с(5) Локальное увеличение температурыоболочки непосредственно под дистанционирующей проволокой определяется поформуле (4):с 1 фОЫ = (0,333- 3,210 Ре)(6) где дна - теплопроводность теплоносителя, Вт/Н град;О - диаметр твэла, мм;оа - средний по периметру твэла тепловой поток, Вт/м;г,Ре - число Пекле, Ре = ч д /адгде бд - диаметр дистанционирующей проволоки.35ч - средняя скорость теплоносителя в сборке, м/с;а - средний по периметру твэла коэффициент теплопередач.Таким образом, величина температур 40 ного напора с учетом локального перегрева оболочки под дистанционирующей проволокой (кривая 111) определяется по соотношению и ВНЧмакст х45й 2 СС еу Ч(0,333- 3, 210 чфс 1 /а)2 Л дяа(Ттвэд(2(Ь = О, Ттвэд 2(Ь = ЦБд " )И Тогда, зная из условий эксплуатации температуру теплоносителя на воде 11 ча(13=0)=1 д(Ь=О) и выходе Сма(Ь = Н) = сд(Ь = Н) тепловыделяющей сборки и определив экспериментально координаты и величину смещения максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки Л Ь, требуется осуществить параллельный перенос участка линейной зависимости Тд(2( ЬЬ)1 в районе Ь(Яд) на величину, пропорциональную относительному подогреву теплоносителя: тогда величина температурного метода определяется по соотношению5 Температура оболочки в районе максимума распухания дистанционирующей проволоки (точка 3, кривая 1) определяется по соотношениюъ(Б ) = 1 Ь(Я )+Ьт(10) Температура оболочки в районе максимума распухания оболочки (точка 2, кривая 111) определяется соотношением Ь(Б )твэл твэл максдВ центральной части АЗ п,оисходитаксималное энерговыделениепоэтому сдостато",но высоко . степенью приближенияможно считать, что рассчитанная величинаЛтаявляется практически максимальной 5максмакс т е ЬтЬт тогда используя выраже:ие (3), определяют макси-мальную темпе,атуру стенки твэла (точк.4, кривая 111):ЬтТ+(13)Таким образом, предложенный способпозволяет произвести коррекцию зависимости распределения температур оболочки тВЭЛа ПО ВЫСОтв АЗ Ттаэл 4 Л), ИСПОЛЬЗУЯ ДО5 реперных точек, определенных экспериментально.Сравнение за. вленного способа с известными стендовыми экспериментами покаФормула изобретенияСПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУР В УЗЛАХ АКТИВНОЙ ЗОНЫ БЬ СТРОГО РЕАКТОРА, заключающийся в определении температуры оболочки твэлов в реперных точках и последующем нахождении температурного поля путем известных математических приемов, опиича ющийся тем, что, с целью повышения точности определения тепловых режимов активной зоны, исследования ведут по оончании рескторной ком а 1 ии. опред ляют координаты максим "ов рас Б пухания материала оболочки валов и дистанционирующей проволо и, а о зыоает, что в предложенном способе ведется эксп .рименталь нов определение координат максимумов распухания материала оболочки и дистанционирующей проволоки после их штатной эксплуатации, местоположение,оторых по известному закону связано с .емпературными условиями работы твэлов,Сопоставительный анализ с прототипом по определению изменений температур оболочки твэла в направлении течения теплоносителя показывает, что заявленный способ позволяет определить положение в АЗ участков с истинной, усредненной по времени эксплувтационной кампании, температурой оболочки твэла,Экспериментальные послереакторные исследования штатных ТВС РБН, проведенные с целью определения температурных условий работы твэлов, позволяют выявуь возможные отклонения действительных распределений температур от проектных, Изучение закономерностей в существовании разницы величины температурного напора как по сечению в одной ТВС, так и между различными ТВС позволяет уточнить реальные параметры эксплуатации твэлов ТВС РБН.температуре оболочки твэла судят по величине температурного напора Лг в центральной части активной зоны, зависящей от координат максимумов распухания, по соотношениюЬТЬтЬп - ,а Нгде ЛЬ - величина смещения максимумов распухания материала оболочки твэла и дистанционирующей проволоки относительно друг друга, мм;ЛТ - температура подогрева теплоносителя по вы:",оте а.;ти:ной з ны, С;Н - высота активной з:ны, мм.1829706 50 оставитель Е. Щербаковехред М,Моргентал рректор Е.Пап дактор Г,Бельск з 1452 Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 гарина, 101 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго