WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Имитаторы твэлов для исследования аварийных режимов аэс на электрообогреваемых стендах

На правах рукописи

БАБЕНКО ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ИМИТАТОРЫ ТВЭЛОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ АЭС НА ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМЫХ СТЕНДАХ

Специальность: 05.14.03 – Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва –2006

Работа выполнена в ОАО «Машиностроительный завод» г. Электросталь Московской области

Научный руководитель: доктор технических наук Болтенко Эдуард Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Гашенко Владимир Александрович

кандидат технических наук Сердунь Николай Павлович

Ведущая организация: Ивановский Государственный Энергетический Университет

Защита состоится 27 декабря 2006 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета К.201.001.01 при ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций» по адресу: Москва, Ферганская ул., д.25.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ОАО «ВНИИАЭС».

Отзывы на автореферат просим направлять по указанному адресу на имя секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан 21 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук, ст. научный сотрудник Березин Б.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Исследования аварийных и переходных режимов АЭС, определение запасов до кризиса теплоотдачи РУ проводят на электрообогреваемых стендах с использованием имитаторов твэлов прямого и косвенного нагрева. При исследовании аварийных режимов АЭС на стендах основной задачей является исследование температурных режимов твэлов. Требования, предъявляемые к имитаторам твэлов в этом случае следующие:

- имитатор твэла должен иметь близкие к твэлу теплофизические свойства;

- плотность теплового потока должна быть равна или выше плотности теплового потока соответствующей номинальной для твэла исследуемой РУ;

- для фиксации температурных режимов имитатор твэла должен быть оснащен термопарами.

Такие требования могут быть обеспечены в имитаторах твэлов косвенного нагрева. В настоящее время не существует имитаторов твэлов косвенного нагрева в полной мере удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям.

Основная трудность возникающая при изготовлении имитаторов твэлов прямого нагрева - обеспечение требуемой точности профиля тепловыделения по всей его длине. В настоящее время профиль тепловыделения полномасштабных имитаторов твэлов прямого нагрева выполняется с помощью ступенчатого приближения. Применяемый способ получения ступенчатого по длине профиля тепловыделения состоит в соединении между собой сваркой отдельных ступеней, отличающихся толщиной стенки оболочки. В местах стыковки ступеней при этом возникают значительные отклонения от заданного профиля имитатора твэла.

Таким образом, задача совершенствования известных и создания новых конструкций имитаторов твэлов, позволяющих с требуемой точностью обеспечивать моделирование аварийных режимов на электрообогреваемых стендах является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы

Целью работы является разработка имитаторов твэлов для исследования аварийных режимов на электрообогреваемых стендах безопасности и исследование их теплофизических характеристик при этих режимах.

Конкретными задачами работы являлись:

- разработка конструкций имитаторов твэлов косвенного нагрева с плотностью теплового потока, соответствующей номинальной для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000;

- разработка конструкции имитатора твэла прямого нагрева с профилем тепловыделения, моделирующим с требуемой точностью профиль тепловыделения твэла.;

- исследование теплофизических характеристик разработанных конструкций имитаторов твэлов косвенного нагрева в стационарных и динамических условиях работы.

Научная новизна

  1. Впервые разработана конструкция и технология изготовления имитатора твэла косвенного нагрева с промежуточной оболочкой, позволяющая достичь предельно высоких плотностей теплового потока для имитаторов твэлов, выполненных по технологии изготовления ТЭН.
  2. Впервые разработаны термометрированные имитаторы твэлов косвенного нагрева с равномерным и неравномерным профилем тепловыделения с плотностью теплового потока, соответствующей номинальной для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000.
  3. Впервые разработан полномасштабный имитатор твэла прямого нагрева с заданной точностью моделирующий профиль тепловыделения твэла.
  4. Впервые выполнено расчетно-экспериментальное определение теплофизических характеристик разработанных имитаторов твэлов в стационарных и динамических условиях работы.

Практическая значимость и использование полученных результатов

В процессе выполнения диссертационной работы определены основные характеристики имитаторов твэлов, важные для их использования в экспериментальных исследованиях. Систематизирован подход к разработке имитаторов твэлов в зависимости от задачи экспериментального исследования.



Разработанные термометрированные имитаторы твэлов косвенного нагрева применены при проведении экспериментальных исследований на полномасштабном стенде ПСБ ВВЭР-1000 ФГУП ЭНИЦ. Получены уникальные экспериментальные данные по температурным режимам ТВС ВВЭР-1000 при различных аварийных режимах. Данные использованы для верификации как российских теплогидравлических кодов ТРАП, Корсар, БАГИРА, так и западных кодов ATLET, CATHARE, RELAP.

Разработанные имитаторы прямого нагрева с неравномерным по длине тепловыделением применены при исследованиях кризиса теплоотдачи ТВС ВВЭР-1500 и ТВС PWR в РНЦ «Курчатовский институт» для обоснования РУ ВВЭР-1500 и PWR.

Результаты технологических разработок внедрены на ОАО «Машиностроительный завод» при изготовления имитаторов твэлов, разработанных конструкций.

На защиту выносятся:

  1. Конструкция имитатора твэла косвенного нагрева с промежуточной оболочкой.
  2. Конструкция имитатора твэла прямого нагрева со ступенчатым по длине профилем тепловыделения.
  3. Результаты расчетно-экспериментального определения теплофизических характеристик имитаторов твэлов.

Апробация работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на отраслевой конференции в г.Обнинске, 29-31 мая 2001 г; на 4-ой международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ОКБ ГП., Подольск, 23-26 мая 2005 г. (2 доклада); на конференции по ядерным технологиям. Nuremberg Deutsches Atomforum 2005; на международной конференции International Youth Nuclear Congress 2004, May 9-13 Toronto, Canada.

Публикации

Основные положения диссертационной работы изложены в 10 публикациях.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Диссертация имеет объем 125 страниц, включая 38 рисунков, 14 таблиц. Список литературы составляет 53 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы. Дана общая характеристика работы. Сформулирована цель и основные задачи исследования.

В первой главе рассматриваются условия работы твэлов реакторов типа ВВЭР и РБМК при авариях с потерей теплоносителя. Показано, что для экспериментальной проверки расчетных теплогидравлических моделей, описывающих протекание аварий, необходимо использовать интегральные полномасштабные стенды, в которых тепловыделение обеспечивается электообогреваемыми имитаторами твэлов. Применяемый в этих стендах объемно-мощностной метод моделирования требует использование в экспериментах имитаторов твэлов, обеспечивающих работоспособность при номинальных для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000 плотностях теплового потока. Наряду с экспериментами по исследованию аварий с потерей теплоносителя, электрообогреваемые имитаторы твэлов используются для исследований кризиса теплоотдачи. Эти исследования проводят, как правило, на фрагментарных установках.





Проведен обзор конструкций имитаторов твэлов, используемых при исследовании аварийных режимов на электрообогреваемых стендах безопасности. Показано, что не представляется возможным использовать единую конструкцию имитатора твэла для решения всего круга исследований аварийных и переходных режимов. Исследование кризиса теплоотдачи проводят на имитаторах твэлов прямого нагрева, которые позволяют получать практически любую плотность теплового потока, требуемую в опытах, но при этом не моделируют теплофизические характеристики твэла. Отмечен основной недостаток имитаторов твэлов прямого нагрева известных конструкций, заключающийся в некорректном моделировании профиля тепловыделения по длине.

При исследовании аварийных режимов с потерей теплоносителя используют в основном имитаторы твэлов косвенного нагрева, так как необходимо моделировать не только температурные режимы твэла, но и его теплофизические характеристики. В настоящее время имитаторы твэлов косвенного нагрева в основном выполняют по технологии изготовления ТЭН. Последнее связано с тем, что технология изготовления ТЭН наиболее доступна, стоимость изготовления имитаторов твэлов сравнительно невысока. Основной недостаток известных конструкций имитаторов твэлов косвенного нагрева, выполненных по технологии изготовления ТЭН, состоит в том, что плотность теплового потока у них невелика, а надежность работы низка. Последнее связано с тем, что при размещении термопар в электроизоляционном слое, толщина которого не превышает нескольким миллиметров, невозможно обеспечить его равномерность и высокую плотность. Связанная с этим низкая теплопроводность электроизоляционного материала не позволяет отводить высокие тепловые потоки, что существенно ограничивает допускаемую при работе имитатора твэла плотность теплового потока.

Исходя из проведенного анализа, сформулированы задачи настоящего исследования.

Во второй главе представлены результаты разработки конструкции имитатора твэла косвенного нагрева для исследования аварий с потерей теплоносителя РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000. В качестве базовой выбрана конструкция имитатора твэла, относящаяся к ТЭН. В предложенной конструкции имитатора твэла косвенного нагрева, в отличии от известных, введена дополнительная (промежуточная) оболочка. Это позволило размещать термопары не в электроизоляционном слое, состоящем из порошка периклаза (плавленого оксида магния), а между основной и промежуточной оболочками имитатора твэла. На рис. 1 показана конструкция имитатора твэла с промежуточной оболочкой, применительно к модели ТВС ВВЭР-1000, с постоянным по длине тепловыделением.

 онструкция имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 с постоянным по длине-1

Рис. 1 Конструкция имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 с постоянным по длине тепловыделением.

1 – наружная оболочка, 2 – промежуточная оболочка, 3 – нагревательный элемент,

4 – стальной электрод, 5 – периклаз (МgO), 6 – медный электрод, 7 – узел герметизации, 8 – термопары

Использование промежуточной оболочки дало возможность производить заполнение периклазом стандартным для технологии изготовления ТЭН способом перед оснащением имитатора твэла термопарами. Пространство, в котором размещены термопары, образуется обжатием по наружному диаметру имитатора твэла, после сборки термопар с промежуточной и основной оболочками. Тем самым обеспечивается высокая теплопроводность периклаза и надежная электроизоляция между оболочкой и нагревательным стержнем.

Испытания в условиях близких к условиям работы твэла показали работоспособность, предложенной конструкции, до плотностей теплового потока 1,5 МВт/м2, что более чем в два раза превышает номинальные значения для твэла РУ ВВЭР-1000.

Во второй главе рассмотрены конструкции имитаторов твэлов косвенного нагрева, использующие промежуточную оболочку, применительно к РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000.

Для РУ ВВЭР-1000 разработаны конструкции имитатора твэла косвенного нагрева для работы на мощности, соответствующей уровню остаточного тепловыделения, и на мощности номинальной для твэла. Имитатор твэла с номинальной мощностью, дополнительно моделирует неравномерный профиль тепловыделения по длине. Для этого неравномерный профиль аппроксимировался ступенчатым. На рис.2 показано распределение диаметра нагревательного стержня по длине имитатора твэла.

 аспределение диаметра нагревательного стержня по длине имитатора-2

Рис. 2 Распределение диаметра нагревательного стержня по длине имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 с неравномерным тепловыделением

В работе описан предложенный метод для определения характеристик нагревательного стержня имитатора твэла косвенного нагрева, позволяющий в процессе изготовления имитатора твэла обеспечивать требуемый закон тепловыделения по длине. Выполнен расчет максимальной температуры нагревательного стержня (на участке максимума тепловыделения):

(1)

где — максимальная температура наружной поверхности оболочки,

— перепад температуры в оболочке,

— перепад температуры в периклазе,

— перепад температуры в нагревательном стержне.

Показано, что для плотности теплового потока соответствующей номинальной плотности для твэла РУ ВВЭР-1000, температура в центре нагревательного стержня не превышает 850 0С, что в ~1,5 раза меньше предельной рабочей температуры для проволоки из сплава Х20Н80 (1200 0С). При этом максимальная температура периклаза также не превышает границы в 1000 0С, за которой его диэлектрические свойства не нормируются.

В работе представлен имитатор твэла с плотностью теплового потока, соответствующей номинальной для твэла, разработанный применительно к РУ РБМК-1000. Имитатор твэла имеет длину зоны тепловыделения – 7 м, тем самым моделируя одновременно твэлы нижней и верхней ТВС РУ РБМК. В конструкции смоделирован также адиабатический участок между нижней и верхней ТВС. Последнее выполнено с помощью медной проставки длиной 49 мм, введенной в центральной части нагревательного стержня имитатора твэла, рис. 3.

 митатор твэла косвенного нагрева РУ РБМК-1000 1 – наружная оболочка,-8

Рис. 3 Имитатор твэла косвенного нагрева РУ РБМК-1000

1 – наружная оболочка, 2 – промежуточная оболочка, 3 – нагревательный элемент,

4 – стальной электрод, 5 – периклаз (МgO), 6 – медный электрод, 7 – узел герметизации, 8 – термопары, 9 –-медная проставка

В работе представлены результаты испытаний разработанных конструкций имитаторов твэлов косвенного нагрева. Методика испытаний была разработана таким образом, чтобы при испытаниях обеспечить режимные параметры характерные при моделировании аварийных режимов на электрообогреваемых стендах. Методика испытаний включала 2 этапа. На 1 этапе имитатор твэла испытывается в циклическом режиме наброса мощности до номинального значения и сброса мощности до 0. На 2 этапе в режиме осущения оболочки имитатора твэла при мощности, соответствующей уровню остаточного тепловыделения (температура оболочки разогревается до температуры ~800 0С), производится залив имитатора твэла охлаждающей водой. На основании проведенных испытаний подтверждена работоспособность разработанных конструкций. Температурные режимы опытного имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при набросах-сбросах мощности показаны на рис. 4, при заливе охлаждающей водой на рис. 5.

 емпературный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при циклических-9

Рис. 4 Температурный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при циклических испытаниях набросов-сбросов мощности

 емпературный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при испытаниях-10

Рис. 5 Температурный режим имитатора твэла РУ ВВЭР-1000 при испытаниях заливом охлаждающей водой

В течение 2001-2004 гг. на моделе ТВС РУ ВВЭР-1000 с имитаторами твэлов разработанной конструкции, на стенде ПСБ ВВЭР-1000 выполнено 27 пусков на мощности соответствующей остаточному тепловыделению. Имитаторы твэлов в самых экстремальных условиях при режимах запаривания модели ТВС (температура на оболочках достигала 950 0С) работали надежно и безотказно. Это позволило реализовать ряд сценариев аварийных режимов важных для обоснования безопасности АЭС с ВВЭР.

В третьей главе представлены результаты разработки имитатора твэла прямого нагрева. Разработка проводилась для твэла ТВС PWR. Как показано во второй главе предельная плотность теплового потока имитатора твэла косвенного нагрева составляет ~1,5 МВт/м2. Последнее не дает возможности использовать имитаторы твэлов косвенного нагрева в исследованиях кризиса теплоотдачи.

При исследованиях кризиса теплоотдачи с использованием имитаторов твэлов прямого нагрева, профиль тепловыделения обеспечивается изменением толщины стенки оболочки имитатора твэла. Основной недостаток известных конструкции имитаторов твэлов прямого нагрева заключается в том, что они некорректно моделируют профиль тепловыделения по длине. В работе предложены конструкция и технология изготовления имитаторов твэлов прямого нагрева, устраняющая этот недостаток. Предложено заменить плавный профиль полномасштабного имитатора твэла на ступенчатый профиль. При этом «разностенная» оболочка имитатора твэла формообразуется из единой заготовки, а не из отдельных частей с различными толщинами стенок как у известных конструкций имитаторов твэлов. Тем самым в местах перехода с одной ступени профиля на другую исключаются его искажения. Разработанная конструкция имитатора твэла прямого нагрева РУ PWR показана на рис. 6.

 митатор твэла прямого нагрева РУ PWR 1 – Медный токотвод, 2 –-11

Рис. 6 Имитатор твэла прямого нагрева РУ PWR

1 – Медный токотвод, 2 – Медный токоподвод, 3 –Оболочка( нагревательный элемент)

Для изготовления оболочки (нагревательной части) был выбран хромоникелевый сплав 42ХНМ ТУ14-1-5436-2001. Выбор сплава связан с особенностями работы имитаторов твэлов прямого нагрева, используемых для исследований кризиса теплоотдачи. Она характеризуется скачками температуры, повышенными термомеханическими нагрузками и обеспечением стабильных параметров проведения экспериментальных исследований, одним из которых является активное электрическое сопротивление имитатора твэла. Сплав 42ХНМ ТУ14-1-5436-2001 отличается незначительной зависимостью электрического сопротивления от температуры, высокими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью в водной среде. В работе описан порядок получения требуемого ступенчатого профиля оболочки из единой заготовки применительно к имитатору твэла РУ PWR, при котором толщина стенки оболочки полномасштабного имитатора твэла плавно ступенчато меняется от 0,59 мм в центре до 1,89 мм на концах.

На основе изготовленной партии имитаторов твэлов прямого нагрева, разработанной конструкции, была сформирована 25-стержневая модель ТВС PWR. В РНЦ «Курчатовский институт» на ней были выполнены исследования кризиса теплоотдачи. Выявлено 198 кризисных режима. Выхода из строя имитаторов твэлов не зафиксировано. Модель ТВС эксплуатировалась в режиме кипения при высоких тепловых потоках и паросодержании более 400 часов.

В четвертой главе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований теплофизических характеристик разработанных имитаторов твэлов в стационарных и динамических режимах.

Теплофизические характеристики имитатора твэла косвенного нагрева в стационарных режимах работы можно оценить, зная теплофизические характеристики материалов и расчетное распределение температуры по длине и сечению имитатора твэла. В связи с тем, что справочные данные по свойсвам противоречивы, было проведено экспериментальное определение коэффициента теплопроводности периклаза в диапазоне рабочих температур изолирующего слоя имитаторов твэлов косвенного нагрева. Для этого был изготовлен экспериментальный образец имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, оснащенный термопарами для измерения температуры оболочки и поверхности нагревательного стержня. Экспериментальные исследования проводились в стационарных условиях при режимных параметрах близким к рабочим для имитатора твэла. Коэффициент теплопроводности периклаза был определен из решения уравнения теплопроводности, записанного для слоя периклаза и оболочки в предположении, что тепло передается только в радиальном направлении:

, (2)

где ql — линейный тепловой поток,

dп — наружный диаметр слоя периклаза,

dн — диаметр нагревательного стержня,

tц — температура нагревательного стержня,

tп — температура на наружной поверхности слоя периклаза.

На рис. 7 показаны зависимость п от средней температуры по толщине слоя периклаза.

 ависимость коэффициента теплопроводности периклаза от температуры -13

Рис. 7 Зависимость коэффициента теплопроводности периклаза от температуры

Как видно из рис. 7, зависимость п = f(t) имеет достаточно сложный характер. При температурах ~ 650 750 оС п имеет минимальное значение, при увеличении температуры выше 750 оС п увеличивается. Характер полученной зависимости коэффициента теплопроводности соответствует характеру зависимости полученной на образцах ТЭН, но значения коэффициента теплопроводности превышают ~ в 2 раза, что связано с конструктивным отличием вида нагревателя в ТЭН и имитаторе твэла.

Расчет распределения температур в стационарных условиях проводился для имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, имеющего номинальную для твэла мощность и неравномерный профиль тепловыделения. Для этого весь имитатор твэла разбивался на 10 участков по длине, и на слои по сечению: по одному слою оболочка и нагревательный стержень и 5 слоев периклаз. Результаты расчета температур позволили вычислить теплоемкость и аккумулированную теплоту имитатором твэла при работе на номинальной мощности. Полученное значение аккумкулированной теплоты составляет 93% от теплоты аккумулированной при тех же условиях твэлом, что свидетельствует о достаточно удовлетворительном моделировании теплофизических характеристик твэла в стационарных условиях.

Для определения характеристик, разработанных имитаторов твэлов в динамических условиях необходимо знать закономерности регулярного режима в телах с внутренними источниками тепла. Если при нагревании тел без внутренних источников тепла конечное распределение температуры тела равномерное, то при наличии внутренних источников энергии предельное тепловое состояние к которому стремится тело, является неравновесным и конечное поле неравномерным. Обозначим неравновесную температуру стационарного теплового состояния тела через

, (3)

где (4)

и (5)

Решение для средней по объему избыточной относительной температуры тела имеет вид :

(6)

а выражение для темпа нагревания или охлаждения запишется как функция тех же величин, что и при нагревании или охлаждении тела без внутренних источников тепла, т.е.

(7)

где – неравновесная температура стационарного теплового состояния тела,

– время,

tс – температура окружающей среды,

t0, –температуры тела (начальная, средняя по объему).

Таким образом, основной признак регулярного режима сохраняет тот же вид, но под величиной средней избыточной температуры тела понимается разность . Следовательно, для тел с постоянно действующими источниками тепла, имеющимися внутри тела или на его границах, при переходе от одного теплового состояния тела к другому (от начального к конечному), температура любой точки тела по истечению известного времени с начала процесса будет изменяться по экспоненте.

Известно что, для тел с внутренними источниками тепла темп нагревания и темп охлаждения численно равны между собой, т.е. m1 = m2 = m, а, следовательно, темп нагревания тела не зависит от мощности источников и их расположения в теле. На основе этого положения предложено наиболее оптимальное (наибольшая точность) определение m с источниками тепла. После нагрева тела следует выключить источник энергии (qv=0) и снять зависимость температуры охлаждающего тела от времени и результаты измерений нанести на полулогарифмический график ln(Т-Тс)=f(), где Тс - температура внешней среды.

(8)

Определение характеристик инерционности имитатора твэла косвенного нагрева проводилось для имитатора твэла РУ ВВЭР-1000, имеющего номинальную для твэла мощность и неравномерный профиль тепловыделения. Экспериментальные данные по температурным режимам имитатора твэла при охлаждении его после снятии электрической нагрузки получены при испытаниях на работоспособность конструкции в режиме набросов-сбросов мощности (рис. 4). Полулогарифмический график изменения температуры имитатора твэла для одного цикла охлаждения показан на рис. 8. На этом же рисунке показаны результаты расчетов ФГУП ЭНИЦ, выполненными с помощью расчетного кода RELAP5, для режима охлаждения с аналогичными начальными и граничными условиями. На основании зависимости (8) теории регулярного режима и полученных экспериментальных и расчетных данных были определены темп охлаждения и постоянная термической инерции для исследованных имитаторов твэлов и реального твэла.

 олулогарифмический график изменения температуры имитаторов твэлов и-23

Рис.8 Полулогарифмический график изменения температуры имитаторов твэлов и реального твэла для одного цикла охлаждения

Полученные результаты показали, что показатели термической инерции для имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла близки. Поэтому можно утверждать, что использование разработанных имитаторов твэлов косвенного нагрева позволяет удовлетворительно моделировать на интегральных стендах безопасности ПСБ ВВЭР-1000 и ПСБ РБМК поведение реальных твэлов в аварийных режимах.

ВЫВОДЫ

  1. Анализ известных конструкций имитаторов твэлов показал, что не существует универсальной конструкция удовлетворяющей всем требованиям. Существующие конструкции имитаторов твэлов прямого нагрева не позволяют с удовлетворительной точностью моделировать профиль тепловыделения твэла. Имитаторы твэлов косвенного нагрева требуют доработки конструкции в плане увеличения допустимой плотности теплового потока до значений, соответствующим номинальным для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000, повышения надежности работы, приближения их теплофизических характеристик к характеристикам твэлов.
  2. Впервые предложены конструкция и технология изготовления имитатора твэла на базе ТЭН, использующие промежуточную оболочку. Размещение термопар производится между промежуточной и основной оболочками, за счет чего достигается минимальная толщина и высокая теплопроводность электроизоляционного слоя. Экспериментальными исследованиями в стационарных условиях работы подтверждена работоспособность разработанной конструкции имитатора твэла косвенного нагрева при плотности теплового потока до 1,5 МВт/м2.
  3. На базе предложенной конструкции имитатора твэла косвенного нагрева с промежуточной оболочкой разработаны конструкции имитаторов твэлов с плотностью теплового потока соответствующей номинальным значениям для твэлов РУ ВВЭР-1000 и РБМК-1000. В имитаторе твэла РУ РБМК впервые смоделирован адиабатический участок между нижней и верхней частями ТВС РУ РБМК.
  4. Впервые предложена конструкция и технология изготовления имитатора твэла прямого нагрева, обеспечивающая получение профиля тепловыделения с заданной точностью.
  5. На основании расчетно-экспериментальных исследований определены теплофизические характеристики имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла в стационарных и динамических режимах. Показано, что характеристики имитатора твэла косвенного нагрева и реального твэла близки. Последнее позволяет утверждать, что с помощью разработанных имитаторов твэлов косвенного нагрева с удовлетворительной точностью можно моделировать аварийные режимы.
  6. С использованием разработанных имитаторов твэлов в ФГУП ЭНИЦ и РНЦ «Курчатовский институт» проведен широкий круг исследований аварийных режимов и кризиса теплоотдачи.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

  1. Болтенко Э.А., Зевалкин С.В., Тимофеев И.Л, Бабенко Ю.Н., Иванов А.В. Разработка имитаторов твэл для ТВС интегральной установки ПСБ – ВВЭР. В сб. Годовой отчет 2000. ЭНИЦ ВНИИАЭС. Электрогорск.2001 г. с. 43- 45
  2. Бабенко Ю.Н., Болтенко Э.А., Зевалкин С.В., Иванов А.В., Тимофеев И.Л. Разработка имитаторов твэл для ТВС интегральной установки ПСБ – ВВЭР. Теплогидравлические коды для энергетических реакторов (разработка и верификация). Тезисы отраслевой конференции, под редакцией д.т.н. А.Д. Ефанова, д.т.н., профессора П.Л. Кириллова. Обнинск, 29-31 мая 2001 г. С.27-29.
  3. Бабенко Ю.Н., Болтенко Э.А., Григорян В.С., Иванов А.В. Опыт разработки моделей ТВС для исследования аварийных режимов применительно к ВВЭР. В сб. тезисов докладов 4-ой международной научно-технической конференции. Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР. 23-26 мая 2005 г. Подольск. Россия.
  4. Бабенко Ю.Н., Иванов А.В., Симаков Г.А. Разработка технологии и изготовление электрообогреваемых имитаторов твэл для экспериментальных исследований в обоснование безопасной эксплуатации РУ типа ВВЭР. В сб. докладов 4-ой международной научно-технической конференции. Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР. 23-26 мая 2005 г. Подольск. Россия.
  5. E.A. Boltenko, V.S. Grigoryan, N.N. Kirin, S.I. Sergeev I.I. Timofeev, Yu. N. Babenko, A.V. Ivanov. Fuel Assemblies For Investigation of Accident Test at Large-Scale Test Facilities. Iahrestagung kerntechnic 2005. Annual meeting on nuclear technology. Kerntechnische gesellchaft e.v. Meistersingerhalle, Nuremberg Deutsches Atomforum e.v. 2005.
  6. E.A. Boltenko, V.S. Grigoryan, N.N. Kirin, S.I. Sergeev I.I. Timofeev, Yu. N. Babenko, A.V. Ivanov. Fuel Assemblies For Investigation of Accident Test at Large-Scale Test Facilities. International Youth Nuclear Congress 2004. 9-14 May. Toronto, Canada.
  7. Бабенко Ю.Н., Иванов А.В., Болтенко Э.А., Григорян В.С.,Кирин Н.Н., Тимофеев И.Л. Имитаторы твэлов для исследования аварийных режимов на крупномасштабных стендах. Атомная энергия, 2005, т.99, вып.2, с.108-114.
  8. Бабенко Ю.Н., Иванов А.В., Болтенко Э.А., Гашенко И.В., Кирин Н.Н. Исследование теплофизических характеристик имитаторов твэл косвенного нагрева. В сб. Годовой отчет 2005. ЭНИЦ ВНИИАЭС. Электрогорск.2006г. с. 126- 132.
  9. Бабенко Ю.Н. Моделирование теплогидравлических характеристик твэла для исследования кризиса теплоотдачи в активной зоне ядерного реактора. Деп. в ВИНИТИ 14.07.06 №930-В2006.
  10. Бабенко Ю.Н. Исследование работоспособности имитатора твэла косвенного нагрева РБМК. Деп. в ВИНИТИ 14.07.06 №931-В2006.


 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.