Проблемні питання теплогідравлічного розрахунку активних зон перспективних водоохолоджуваних реакторів з надкритичними параметрами

І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, А. В. Носовський,
Л. Б. Зімін, Т. С. Власенко, Г. І. Шараєвський

Інститут проблем безпеки АЕС НАН України,
вул. Лисогірська, 12, Київ, 03028, Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.20.4.1

Анотація

Розглянуто фундаментальні теплофізичні особливості процесу теплообміну між нагрітою стінкою вертикального каналу та легководним теплоносієм надкритичних параметрів стосовно умов тепловіддачі у стрижньових збірках тепловидільних елементів (ТВЕЛ) в активних зонах перспективних енергетичних ядерних реакторів. Проаналізовано наявні методи та рекомендації з теплогідравлічного розрахунку ядерних реакторів цього типу. Обґрунтовано можливості виникнення в зазначених умовах потенційно небезпечного режиму погіршеного теплообміну, що призводить до різкого зростання температури оболонки ТВЕЛ та загрожує руйнацією поверхні тепловіддачі. Виявлено недостатність наявних даних для створення надійних розрахункових методів забезпечення надійної експлуатації цих перспективних реакторів та визначено основний напрям необхідних подальших досліджень.

Ключові слова: легководний ядерний реактор, надкритичні параметри, тепловидільна збірка, погіршений теплообмін, температура стінки каналу, теплове навантаження.

Список використаної літератури

1. Світові тенденції розвитку конструкцій водоохолоджуваних реакторів із надкритичним тиском / І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, Л. Б. Зімін [та ін.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2020. — № 2 (17). — С. 3−15. doi.org/10.31717/2311–8253.20.2.1.

2. Головні напрями російських розробок перспективних конструкцій водоохолоджуваних реакторів із надкритичним тиском / І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, А. В. Носовський [та ін.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2020. — № 3 (18). — С. 34−41. doi.org/10.31717/2311–8253.20.3.4.

3. Петухов Б. С. Теплообмен в ядерных энергетических установках / Б. С. Петухов, Л. Г. Генин, С. А. Ковалев. — Москва: Энергоатомиздат, 1986. — 472 с.

4. Габараев Б. А. Перспективное направление развития водоохлаждаемых реакторов АЭС в XXI в. — использование сверхкритических параметров теплоносителя / Б. А., Габараев В. Н. Смолин, С. Л. Соловьев // Теплоэнергетика. — 2006. — № 9. — С. 33−40.

5. Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления при течении воды сверхкритических параметров применительно к реакторным установкам / В. А. Силин, Ю. М. Семченков, П. П. Алексеев, В. В. Митькин // Атомная энергия. — 2010. — Т. 108, № 6. — С. 340−347.

6. Петухов Б. С. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в трубах при турбулентном течении жидкости околокритических параметров состояния / Б. С. Петухов, В. А. Курганов, В. Б. Анкудинов // Теплофизика высоких температур. — 1983. — Т. 21, № 1. — С. 92−111.

7. Петухов Б. С. Новый подход к расчету теплообмена при сверхкритических давлениях теплоносителя / Б. С. Петухов, А. С. Поляков, С. В. Росновский // Теплофизика высоких температур. — 1976. — Т. 15, № 6. — С. 1326−1334.

8. Режимы ухудшенного теплообмена при течении воды сверхкритического давления в каналах с пучками стержней / М. М. Ковецкая, Е. А., Кондратьева, Ю. Ю. Ковецкая [и др.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2016. — № 1 (7). — С. 26−32.

9. Грабежная В. А. Теплообмен при сверхкритических давлениях и границы ухудшения теплообмена / В. А. Грабежная, П. Л. Кириллов // Теплоэнергетика. — 2006. — № 4. — С. 46−51.

10. Кириллов П. Л. Исследование границ ухудшенных режимов в каналах при сверхкритических давлениях / П. Л. Кириллов, В. В. Ложкин, А. М. Смирнов // Препринт ФЭИ-2988. — Москва, 2003.

11. Применение CFD-кода к расчету теплообмена в реакторе со сверхкритическими параметрами / В. П. Смирнов, М. В. Папандин, А. Я. Лонинов [и др.] // Атомная энергия. — 2011. — T. 111, № 4. — С. 196−201.

12. Numerical study on flow and heat transfer characteristics in the rod bundle channels under super critical pressure condition / X. Yang, G. H. Su, W. Tian, J. Wang, S. Qiu // Annals of Nuclear Energy. — 2010. — Vol. 37. — P. 1723−1734.

13. Карташев К. В. Проведение теплогидравлических расчетов активной зоны реактора ВВЭР–СКД для разных схем течения теплоносителя при проектных режимах работы / К. В. Карташев, Г. П. Богословская // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. — 2012, № 31. — С. 71−77.

14. Грабежная В. А. О расчетах теплообмена в трубах и пучках стержней при течении воды сверхкритического давления: Обзор ФЭИ-0297 / В. А. Грабежная, П. Л. Кириллов, — Mосква : Цнииатоминформ, 2003.

15. Дядякин Б. В. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление тесного семистержневого пучка, охлаждаемого потоком воды при закритических параметрах состояния / Б. В. Дядякин, А. С. Попов // Тр. Всесоюз. Теплотехнического НИИ. — 1977. — № 11. — С. 244−253.

16. Александров А. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Справочник / А. А. Александров, Б. А. Григорьев / ГСССД Р-776–98. — Москва : Изд-во МЭИ, 1999.

17. Экспериментальное исследование теплообмена в пучке из семи стержней при сверхкритических параметрах фреона-12 / А. С. Шелегов, С. Т. Лескин, И. А. Чусов, В. И. Слободчук // Препринт ИАТЭ-001–2010. — Обнинск, 2010.

18. Реактор, охлаждаемый водой сверхкритического давления, ВВЭР-СКД — основной претендент в «Супер-ВВЭР» / П. Л. Кириллов, Ю. Д. Баранаев, А. П. Глебов, А. В. Клушин // Материалы 7-й междунар. науч.-техн. конф. «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». — ОАО «ОКБ ГИДРОПРЕСС», 2011.

19. Концепция активных зон ВВЭР СКД: условия эксплуатации твэлов, конструкция ТВС и кандидатные материалы / В. М. Махин, И. Н. Васильченко, В. В. Вьялицын [и др.] // Там же.

20. Чуркин А. Н. Теплогидравлика однозаходной активной зоны ВВЭР-СКД. Гидропрофилирование и устойчивость / А. Н. Чуркин, П. В. Ягов. О. В. Мохова // Там же.

Повна стаття(PDF)

---