Неравномерности энерговыделения

Необходимо принимать во внимание возможную неравномерность температурного поля в месте спая вследствие разных значений коэффициентов теплопроводности электродов. Исключить эти погрешности можно путем соответствующего подбора диаметра электродов.

Конвективным теплообменом, или теплоотдачей, называется процесс совместной передачи тепла конвекцией и теплопроводностью от поверхности твердой стенки к потоку омывающей ее жидкости или от потока жидкости к стенке. Причина переноса тепла — неравномерность температурного поля.

Важнейшей особенностью работы конструктивных элементов является циклический характер температурного поля, определяемый режимом работы изделия. Например, за двухчасовой полетный цикл транспортного газотурбинного двигателя (ГТД) температура выходной «р-омки лопатки существенно изменяется, при этом довольно значительно меняются и скорости нагрева при выходе на полетный режим [25]. Значительная неравномерность температурного поля свойственна охлаждаемым рабочим лопаткам газовой турбины [71]. Менее опасные сочетания температур t и напряжений а реализуются в турбинном диске [71], однако для них свойственны высокие уровни температур и значительные градиенты. Из приведенных данных видно, что для температурного цикла нагрева элемента характерно чередование нестационарных и стационарных участков, причем последние занимают значительное время цикла. Высокие уровни температур, циклический характер температурного воздействия, чередование нестационарных и стационарных режимов создают а материале особые условия работы: высокую термомеханическую напряженность, большие уровни термических напряжений. Все это обусловливает в большинстве случаев работу материала конструктивного элемента за пределами упругости; в наиболее-напряженных точках наблюдается процесс циклического упруго-пластического деформирования, приводящий материал к разрушению за ограниченное число циклов (Ю2—104).

При разработке технологических прессов производства изделий из реактопластов необходимо стремиться к созданию режимов, •обеспечивающих образование полимера с оптимальными свойствами, что определяется максимальной величиной превращения и характеризует способность к старению. Кроме того, выбранные режимы отверждения реактопластов должны сводить к минимуму появление внутренних напряжений, вызванных образованием локальных химических и термических усадок. При этом особое влияние оказывает неравномерность температурного поля, что увеличивает усадку, причем в направлении прессования она больше, чем в плоскости, перпендикулярной направлению прессования. Снижение внутренних напряжений, а следовательно, ликвидация микротрещин, позволяет повысить свойства материала. Последнее возможно при ведении процесса в адиабатических или близких к ним условиях.

Несмотря на большую проделанную работу по непосредственному замеру температуры газов перед соплами турбины, этот вопрос нельзя считать полностью решенным, что объясняется условиями работы газотурбинного двигателя. Неравномерность температурного поля, которая определяется как разность наивысшей и наинизшей температур газа, достигает 100, а иногда и 200° С. В этих условиях для получения хотя бы условно средней температуры газа, достаточно близкой к расчетной, необходимо замерять ее в ряде точек, а затем осреднить полученные результаты. Поэтому приходится применять измерительную систему из 6—8, а иногда и 12 измерительных элементов, т. е. датчиков. Это значительно усложняет систему измерения и понижает ее надежность.

в несменяемую часть нижней ступени, °С. Коэффициенты 0,8 и 0,95 в этой формуле учитывают влияние загрязнения труб на теплопередачу и неравномерность температурного поля газов на выходе из несменяемой части.

Для того чтобы представить результаты настоящего анализа в более удобном для обобщения виде, вернемся к введенной выше величине е, характеризующей неравномерность температурного и скоростного полей. Величина эта, как было показано, определяет снижение эффективности теплообменника. При том источнике неравномерности, который мы сейчас рассматриваем, величина е фактически характеризует отклонение от идеальной геометрии.

Второй весьма распространенной причиной разверки служит неравномерность температурного поля входящих з пакет газов. При этом первостепенное значение имеет взаимная ориентация труб и поля температур. Так, в варианте на рис. 9-14,а, когда факел сдвинут к задней стенке и повышенные температуры ожидаются в передней части конвективного газохода, расположение трубки вдоль фронта (на рисунке обозначено/) вызовет перегрев пара в передних и недогрев в задних змеевиках. При расположении труб перпендикулярно фронту (II) та же неравномерность газового поля не опасна. В варианте на рис. 9-14,6 рассмотрена неравномерность температур 202

Анализу процесса излучения при неравномерном температурном поле посвящен целый ряд работ [Л. 197, 79, 193, 139, 62, 51, 52, 57, 97, 28, 87, 186, 187, 192 и др.]. Неравномерность температурного поля в поперечном сечении потока газов определяется рядом факторов, к числу которых можно отнести: объемность излучения потока газов; соотношение и уровень температур газов и твердых тел, ограничивающих газовый объем; эмиссионные характеристики потока газов; характер поля тепловыделения в факеле; конфигурация факела и относительная его ориентация в топочном объеме; аэродинамическая структура газового потока. Неравномерность температурного поля вдоль потока газов также определяется многими факторами, к числу которых можно отнести: характер поля тепловыделения по длине факела; темп изменения температуры нагреваемых изделий по длине печи; соотношение температур газов и поверхности нагрева и др. Учет всех этих факторов представляется весьма сложной задачей.

Рассмотрим этот вопрос, используя некоторые расчетные материалы А. В. Кавадерова [Л. 62], полученные им путем решения дифференциальных уравнений переноса лучистой энергии при заданном поле температур в плоском слое серой излучающей среды. В практических инженерных расчетах теплопередачи излучением обычно используется средняя по массе температура среды в данном сечении, определяемая по теплосодержанию газового потока. Такие расчеты не учитывают возможную неравномерность температурного поля и поэтому приводят к ошибкам, величина которых определяется, в частности, характером температурного поля. Учитывая это, а также для большей наглядности, анализ влияния неравномерности температурного поля на теплопередачу излучением, проведем на базе сравнительного сопоставления коэффициент Ч*=Еп/Е*п. Эта величина, называемая коэффициентом эффективности излучения [Л. 62], представляет собой отношение фактического лучистого 358

Уравнению (6.73) можно придать иную форму, если ввести в него величину 47*, аналогичную критерию 47 и величине 47' в (6.17), а именно, учесть неравномерность температурного поля теплоизолятора, полагая

Проектный теплогидравлический расчет в о д о-графитового реактора типа РБМК- Расчет паропроизводитель-ной установки типа РБМК (рис. 9.42) проводится с целью определения размеров активной зоны и требует задания следующих исходных данных: тепловой мощности реактора NT, давления в контуре реактора, температуры питательной воды, высоты активной зоны, толщины отражателей, шага квадратной решетки технологических каналов (ТК), размеров конструкционных элементов ТК (в том числе и твэлов) и контура циркуляции, коэффициента теплопередачи через зазор между оболочкой твэла и топливным сердечником (ks), коэффициента неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны и ТК (kr, kTK), доли энерговыделения в твэлах (т}тв), в конструкционных материалах и в замедли-теле. Кроме того, задаются лимитирующие параметры: допустимая температура топлива (Т*оп), минимальный запас до критической мощности ТК (лкр = Af*P N™x) и доля ТК в зоне Ттк.

Выше использованы следующие обозначения: Н, Нэ — высота, эквивалентная высота активной зоны, м; kz —• коэффициент неравномерности тепловыделения по оси реактора; атш — коэффициент теплоотдачи при кипении; ^№ — теплопроводность оболочки твэла; Хт — средняя теплопроводность топлива; и™ — число твэлов в ТК; &тк — коэффициент неравномерности тепловыделения по сечению ТК; TITB — доля тепла, выделяющаяся в твэлах (%„ ~ 0,94); ^тк — доля ТК из общего числа ячеек а. з. (<1>тк ~ 0,85 Ч- 0,90); &ц = Ор/0Пв — кратность циркуляции; kg — коэффициент неточности дросселирования (kg — 1,25 -т-1,31); апр— доля расхода на продувку (апр = 0,01 -=- 0,02); /г^р — коэффициент неравномерности энерговыделения в ТК по группе (krrp = 1,24- 1,3); аяч — шаг квадратной решетки ТК в а. з.; &ф — коэффициент азимутальной неравномерности тепловыделения; k^ — коэффициент неравномерности теплового потока из замедлителя в трубчатый твэл (&ф = 1,25-4- 1,35).

Коэффициент запаса до критической мощности .... 1,05—1,25-Коэффициенты неравномерности энерговыделения:

мощность рассматриваемой наиболее теплонапряженной сборки при известном числе ТВС в реакторе может быть определена через мощность реактора Wp, коэффициент неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны kR и долю энерговыделения в ТВС г>гвс. При ?^ = 1,25, г>гвс = 0,97 и птвс = 400 будем иметь

Глубина выгорания и неравномерность энерговыделения в активной зоне. Из-за неравномерности нейтронного потока и несовершенства регулирования в активных зонах ядерных реакторов имеет место значительная неравномерность энерговыделения по высоте и диаметру зоны и по отдельным ТВС и твэлам. Поэтому локальные значения глубины выгорания топлива различаются между собой в несколько раз. Предельные (максимальные) значения амакс, на которые должна быть рассчитана работоспособность твэлов и ТВС, определяются с учетом неравномерности энерговыделения по активной зоне в целом. Отличие амакс от а в выгружаемом топливе зависит также от размера одновременно выгружаемой партии. Если будет выгружаться одновременно вся активная зона, тогда коэффициент неравномерности выгорания* топлива в чей будет максимальным. Но практически перегружается лишь часть активной зоны (например, в реакторах ВВЭР-440 1/3 зоны в год). В реакторах канального типа одновременно перегружается только несколько каналов. В этом случае неравномерность выгорания топлива в выгружаемых ТВС будет минимальной (~ 1,1—1,2) и величина амакс будет определяться в основном неравномерностью выгорания по высоте ТВС. В ТВС мощных реакторов типа PWR или ВВЭР, содержащих большое число твэлов (свыше 200), в отдельных группах твэлов проявляется не только осевая, но и радиальная неравномерность выгорания топлива, связанная с их расположением в сборке. Таким образом, средняя глубина выгорания является расчетной величиной, характеризующей энергетическую эффективность использования топлива в данном реакторе. Она может существенно отличаться от фактического максимального (минимального) значения а. Максимальная глубина выгорания амакс — это величина, определяющая требования к надежности и работоспособности твэлов и ТВС.

Вопрос о достижимых глубинах выгорания и о влиянии неравномерности энерговыделения на экономичность и надежность твэлов тесно связан с особенностями поведения различных видов топливных композиций (металл, оксид, карбид и т. п.).

Допустимая тепловая мощность реактора, определенной зоны или отдельного канала (сборки) в конечном счете ограничивается максимальной энергонапряженностью топлива /МакС в самом напряженном твэле или участке ТВС активной зоны. С учетом же коэффициента неравномерности энерговыделения по высоте (kz) и радиусу (kr) средняя энергонапряженность топлива в отдельных ТВС или каналах, а также в группах ТВС (в зонах равного обогащения урана) и в активной зоне реактора в целом ока-

Мгновенное значение объемного коэффициента неравномерности энерговыделения kv*:=kz*kr* в значительной мере характеризует ядерно-физическое и конструкционное совершенство активной зоны, определяет удельную загрузку реактора топливом, отнесенную к тепловой или электрической мощности реактора (т/кВт), и тем самым влияет на основные экономические показатели АЭС (затраты на топливную загрузку, габаритные параметры, капиталовложения в оборудование реакторов и т. п.).

Для разных типов реакторов значения G0x и Gx существенно различаются (табл. 4.3). Величина G0x в общем случае должна обеспечивать критичность реактора и необходимый запас реактивности в течение всей кампании для работы на заданной мощности до достижения топливом проектной средней глубины вы-гбрания В. С учетом неравномерности энерговыделения работа реактора ра заданной мощности должна обеспечиваться без превышения предельно допустимой объемной энергонапряженности топлива. В современных мощных энергетических реакторах, за-

Глубина выгорания и неравномерность энерговыделения в активной зоне. Из-за неравномерности нейтронного потока и несовершенства регулирования в активных зонах ядерных реакторов имеет место значительная неравномерность энерговыделения по высоте и диаметру зоны и по отдельным ТВС и твэлам. Поэтому локальные значения глубины выгорания топлива различаются между собой в несколько раз. Предельные (максимальные) значения амакс, на которые должна быть рассчитана работоспособность твэлов и ТВС, определяются с учетом неравномерности энерговыделения по активной зоне в целом. Отличие амакс от а в выгружаемом топливе зависит также от размера одновременно выгружаемой партии. Если будет выгружаться одновременно вся активная зона, тогда коэффициент неравномерности выгорания * топлива в чей будет максимальным. Но практически перегружается лишь часть активной зоны (например, в реакторах ВВЭР-440 1/3 зоны в год). В реакторах канального типа одновременно перегружается только несколько каналов. В этом случае неравномерность выгорания топлива в выгружаемых ТВС будет минимальной (~ 1,1—1,2) и величина амакс будет определяться в основном неравномерностью выгорания по высоте ТВС. В ТВС мощных реакторов типа PWR или ВВЭР, содержащих большое число твэлов (свыше 200), в отдельных группах твэлов проявляется не только осевая, но и радиальная неравномерность выгорания топлива, связанная с их расположением в сборке. Таким образом, средняя глубина выгорания является расчетной величиной, характеризующей энергетическую эффективность использования топлива в данном реакторе. Она может существенно отличаться от фактического максимального (минимального) значения а. Максимальная глубина выгорания амакс — это величина, определяющая требования к надежности и работоспособности твэлов и ТВС.

Вопрос о достижимых глубинах выгорания и о влиянии неравномерности энерговыделения на экономичность и надежность твэлов тесно связан с особенностями поведения различных видов топливных композиций (металл, оксид, карбид и т. п.).