9) Определим температуру теплоносителя по высоте канала (для твс средней и максимальной нагрузки) по формулам:

ТВС средней загрузки:

ТВС максимальной загрузки:

Значения изобарной теплоемкости берем из таблиц по параметрам на каждом участке по высоте канала (линейной температуре и давлению).

Значения необходимых параметров для расчета температуры теплоносителя по высоте канала сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Данные, необходимые для расчета температуры по высоте канала

	Z	t (◦С)	P,·106 (Па)	Cp,·103 (Дж/кг·К)
1	-1,775	280	16,000	5,129
2	-1,521	282,071	15,987	5,176
3	-1,268	284,143	15,974	5,224
4	-1,014	286,214	15,962	5,272
5	-0,761	288,286	15,949	5,320
6	-0,507	290,357	15,936	5,367
7	-0,254	292,429	15,923	5,416
8	0,000	294,5	15,910	5,464
9	0,254	296,571	15,897	5,548
10	0,507	298,643	15,884	5,633
11	0,761	300,714	15,870	5,719
12	1,014	302,789	15,857	5,803
13	1,268	304,857	15,844	5,889
14	1,521	306,929	15,830	5,974
15	1,775	309	15,817	6,060

Построим график изменения давления по высоте канала активной зоны реактора:

Рисунок 3.2 - Изменение давления по высоте канала активной зоны реактора

По вышеуказанным формулам находим температуру теплоносителя по высоте, уточняем значения параметров теплоносителя, для ТВС средней и максимальной нагрузки. Результаты заносим в таблицы 3.4, 3.5.

Таблица 3.4

Результат расчета температуры теплоносителя для ТВС средней нагрузки, уточненные значения параметров теплоносителя

	Z	tfср(z) (◦С)	Ccрр · 103 (Дж/кг·К)	𝞴fср (Вт/мК)	Prср	ʋсрf ·103 (м3/кг)	ѵсрf ·10-7 (м2/кг)
1	-1,775	280,00	5129	0,590	0,832	1,316	1,256
2	-1,521	283,72	5143	0,589	0,833	1,318	1,254
3	-1,268	285,27	5173	0,586	0,836	1,323	1,253
4	-1,014	287,55	5218	0,583	0,840	1,330	1,248
5	-0,761	290,45	5275	0,578	0,845	1,339	1,240
6	-0,507	293,81	5341	0,572	0,852	1,352	1,234
7	-0,254	297,46	5413	0,566	0,860	1,364	1,225
8	0,000	301,22	5506	0,559	0,870	1,379	1,218
9	0,254	304,78	5630	0,552	0,886	1,394	1,211
10	0,507	308,05	5744	0,545	0,901	1,408	1,204
11	0,761	310,89	5844	0,539	0,914	1,421	1,199
12	1,014	313,17	5924	0,534	0,925	1,432	1,194
13	1,268	314,80	5981	0,531	0,933	1,440	1,191
14	1,521	315,70	6014	0,528	0,937	1,445	1,190
15	1,775	315,85	6020	0,528	0,938	1,446	1,190

Таблица 3.5

Результат расчета температуры теплоносителя для ТВС максимальной нагрузки, уточненные значения параметров теплоносителя

	Z	tfmax(z) (◦С)	Cmaxр · 103 (Дж/кг·К)	𝞴fmax (Вт/мК)	Prmax	ʋmaxf ·103 (м3/кг)	ѵmaxf ·10-7 (м2/кг)
1	2	3	4	5	6	7	8
1	-1,775	280,00	5129	0,590	0,832	1,316	1,259
2	-1,521	284,15	5151	0,588	0,834	1,319	1,256
3	-1,268	286,63	5200	0,584	0,838	1,327	1,250
4	-1,014	290,29	5272	0,578	0,845	1,339	1,241
5	-0,761	294,92	5363	0,570	0,854	1,355	1,231
6	-0,507	300,29	5473	0,561	0,866	1,375	1,220
7	-0,254	306,13	5676	0,547	0,892	1,400	1,209
8	0,000	312,15	5885	0,534	0,919	1,427	1,197
9	0,254	317,84	6083	0,524	0,946	1,455	1,186
10	0,507	323,08	6421	0,511	0,995	1,486	1,177
1	2	3	4	5	6	7	8
11	0,761	327,62	6809	0,500	1,051	1,515	1,169
12	1,014	331,28	7123	0,490	1,095	1,541	1,162
13	1,268	333,87	7347	0,483	1,127	1,562	1,157
14	1,521	335,32	7474	0,479	1,145	1,574	1,155
15	1,775	335,56	7498	0,478	1,148	1,576	1,154

Построим зависимость температуры теплоносителя по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки:

Рисунок 3.3 - Зависимость изменения температуры теплоносителя по высоте канала

Далее расчет ведем по уточненным параметрам теплоносителя:

По уточненным значениям определяем скорость и число Рейнольдса для каждого участка по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Для ТВС средней нагрузки:

Скорость:

Число Рейнольдса:

Для ТВС максимальной нагрузки:

Скорость:

Число Рейнольдса:

Результаты сведем в таблицу 3.6.

Таблица 3.6

Результат расчета скорости Рейнольдса по уточненным параметрам

	Z (м)	Wср (z) (м/с)	Rеср(z)·105	Wmax (z) (м/с)	Rеmax(z)·105
1	-1,775	5,33	4,425	5,33	4,446
2	-1,521	5,34	4,460	5,34	4,469
3	-1,268	5,36	4,490	5,38	4,516
4	-1,014	5,39	4,535	5,43	4,589
5	-0,761	5,43	4,593	5,49	4,683
6	-0,507	5,48	4,660	5,57	4,796
7	-0,254	5,53	4,736	5,67	4,928
8	0,000	5,59	4,817	5,78	5,073
9	0,254	5,65	4,897	5,90	5,220
10	0,507	5,71	4,974	6,02	5,371
11	0,761	5,76	5,043	6,14	5,514
12	1,014	5,80	5,101	6,24	5,641
13	1,268	5,83	5,143	6,33	5,741
14	1,521	5,85	5,166	6,38	5,800
15	1,775	5,86	5,171	6,39	5,810

Рисунок 3.4 – Изменение скоростей по высоте канала

10) Коэффициент теплоотдачи по высоте канала (для ТВС средней и максимальной нагрузки) рассчитываем по формуле:

Для кассет средней и максимальной нагрузки подставляем значения параметров соответствующих данной кассете (значения параметров приведены в таблицах 3.4, 3.5, 3.6 (см. выше).

Результаты вычислений сведем в таблицу 3.7.

Таблица 3.7

Результаты вычислений коэффициента теплоотдачи для ТВС средней и максимальной нагрузки

	Z (м)	ср (Вт/м2К)	max (Вт/м2К)
1	-1,775	4,780	4,794
2	-1,521	4,804	4,803
3	-1,268	4,811	4,829
4	-1,014	4,829	4,850
5	-0,761	4,851	4,881
6	-0,507	4,874	4,918
7	-0,254	4,898	4,971
8	0,000	4,929	5,029
9	0,254	4,968	5,095
10	0,507	5,004	5,190
11	0,761	5,033	5,299
12	1,014	5,054	5,381
13	1,268	5,069	5,437
14	1,521	5,077	5,468
15	1,775	5,079	5,474

Построим зависимость, изменение коэффициента теплоотдачи по высоте кассет средней и максимальной нагрузки.

Рисунок 3.5 – Изменение коэффициентов теплоотдачи по высоте канала

11) Температура наружной поверхности оболочки ТВЭЛа по высоте (для кассет средней и максимальной нагрузки) рассчитываем по формуле:

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

n- количество ТВЭЛов

Значения необходимые для расчета температуры представлены в табл. 3.2, 3.4, 3.5, 3.7.

Результат занесем в таблицу 3.8.

Таблица 3.8

Результат вычислений температуры наружной поверхности оболочки ТВЭЛа средней и максимальной нагрузки, температура насыщения теплоносителя по высоте

	Z (м)	(°С )	(°С )	ts, (°С )
1	-1,775	284,15	284,83	347,36
2	-1,521	288,44	291,69	347,29
3	-1,268	293,32	299,48	347,23
4	-1,014	298,54	307,79	347,16
5	-0,761	303,84	316,21	347,10
6	-0,507	308,96	324,31	347,03
7	-0,254	313,66	331,67	346,96
8	0,000	317,70	337,99	346,90
9	0,254	320,75	342,76	346,83
10	0,507	322,80	345,84	346,76
11	0,761	323,78	346,72	346,70
12	1,014	323,67	346,55	346,63
13	1,268	322,43	345,27	346,56
14	1,521	320,16	341,94	346,49
15	1,775	316,93	337,16	346,42

Построим график зависимости изменения температуры наружной оболочки ТВЭЛа средней и максимальной нагрузки по высоте канала:

Рисунок 3.6 - Изменение температур наружной поверхности оболочки топлива по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

Рисунок 3.7 – Общий график изменения температур по высоте канала активной зоны

12)Температуру внутренней поверхности оболочки ТВЭЛа (для ТВЭЛа средней и максимальной нагрузки) определим по формуле:

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

– средний диаметр оболочки ТВЭЛа;

теплопроводность оболочки ТВЭЛа;

толщина оболочки ТВЭЛа.

Результаты вычислений сведем в таблицу 3.9.

Таблица 3.9

Результаты вычислений температуры внутренней оболочки ТВЭЛа средней и максимальной нагрузки

	Z (м)	(z), (°С )	(z), (°С )
1	-1,775	286,14	288,02
2	-1,521	296,64	304,82
3	-1,268	307,36	321,95
4	-1,014	317,77	338,55
5	-0,761	327,37	353,86
6	-0,507	335,72	367,13
7	-0,254	342,41	377,68
8	0,000	347,13	385,08
9	0,254	349,50	388,77
10	0,507	349,56	388,65
11	0,761	347,31	384,37
12	1,014	342,89	377,30
13	1,268	336,46	367,71
14	1,521	328,35	355,05
15	1,775	318,91	340,33

График зависимости изменения температуры внутренней поверхности оболочки ТВЭЛа средней и максимальной нагрузки по высоте канала:

Рисунок 3.8 – Изменение температур внутренней поверхности оболочки топлива по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

13) Определим температуру внутренней и наружной поверхности топливного сердечника для ТВС средней и максимальной нагрузки по формулам:

Наружная поверхность:

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

n - число ТВС

d_c =7,57·10^-3 (м) – диаметр топливного сердечника

𝜶_з=4,9·10³ (Вт/м²К) – проводимость контактного слоя (газового зазора)

Данные необходимые для расчета температуры наружной поверхности сердечника (тепловой поток и внутренняя температура оболочки ТВЭЛа) представлены в таблице 3.2, 3.9.

Результаты вычислений занесем в таблицу 3.10.

Таблица 3.10

Результаты вычислений наружной поверхности топливного сердечника

	Z (м)	, (°С )	, (°С )
1	-1,775	299,63	309,60
2	-1,521	352,17	393,67
3	-1,268	402,39	474,00
4	-1,014	447,93	546,81
5	-0,761	486,69	608,77
6	-0,507	516,87	656,97
7	-0,254	537,07	689,14
8	0,000	546,36	703,85
9	0,254	544,15	700,20
10	0,507	530,68	678,44
11	0,761	506,59	639,21
12	1,014	473,00	585,48
13	1,268	431,44	519,67
14	1,521	383,82	443,80
15	1,775	332,33	361,80

Построим график зависимости изменения температуры наружной поверхности топливного сердечника по высоте канала (для ТВС средней и максимальной нагрузки):

Рисунок 3.9 - Изменение температур наружной поверхности топлива по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

Рисунок 3.10 - Общий график зависимости изменения температур внутренней поверхности оболочки топлива и наружной поверхности топлива по высоте канала активной зоны

Температура внутренней поверхности топливного сердечника (для ТВС средней и максимальной нагрузки).

Для того, чтобы посчитать температуру внутренней поверхности топливного сердечника разбиваем таблетку на пять равных частей и для каждого участка считаем температуру, а также теплопроводность таблетки. Теплопроводность берем средней на каждом участке для этого находим ее на двух последующих участках, а затем ищем среднее значение. Формулы, с помощью которых производим расчет:

λ_к-1- теплопроводность предыдущего слоя. На первом участке определяем по температуре наружной поверхности топлива. λ_к – теплопроводность данного слоя, принимаем по температуре, по линейному приближению, а далее интерполируем пока разница температур будет менее 0,5 °С.

r_k – радиус топлива на данном участке, м; r_к-1 – радиус топлива предыдущего слоя, м.

Для определения теплопроводности использем метод последовательных приближений. Теплопроводность топлива можно определять по графику, а мы по формуле:

Разобьём таблетку на пять равных частей и занесем в таблицу 3.11.

Таблица 3.11

Значения радиуса для топливной таблетки

rс , (м)	r1 , (м)	r2 , (м)	r3 , (м)	r4 , (м)	r0 , (м)
3,785·10-3	3,263·10-3	2,741·10-3	2,219·10-3	1,697·10-3	1,175·10-3

Проводим расчет температуры внутренней поверхности сердечника по высоте канала. На первом шаге (первый участок топливной таблетки) делаем итерацию для того, чтобы определить теплопроводность топливной таблетки.

Для ТВС средней и максимальной нагрузки результаты вычислений заносим в таблицы 3.12, 3.13.

Таблица 3.12

Результат вычислений температуры внутренней поверхности топливного сердечника для ТВС средней нагрузки

	q1ср (z)·106 (Вт/м)	Участок 1		Участок 2		Участок 3		Участок 4		Участок 5 Внутренняя поверхность сердечника
		t1ср (°С )	ср (Вт/мК)	t2ср (°С )	ср (Вт/мК)	t3ср (°С )	ср (Вт/мК)	t4ср (°С )	ср (Вт/мК)	tвнср (°С )	ср (Вт/мК)
1	0,533	302,73	5,684	306,34	5,657	310,68	5,626	316,11	5,588	323,34	5,539
2	2,195	365,87	5,255	381,96	5,155	401,59	5,040	426,55	4,904	460,46	4,736
3	3,756	427,39	4,899	456,92	4,743	493,42	4,568	540,56	4,364	605,77	4,120
4	5,144	484,08	4,615	527,03	4,418	580,70	4,200	650,93	3,952	749,56	3,664
5	6,296	532,92	4,398	588,09	4,171	657,66	3,926	749,61	3,652	880,25	3,342
6	7,159	571,20	4,242	636,22	3,998	718,76	3,736	828,63	3,448	985,96	3,132
7	7,693	596,71	4,145	668,23	3,891	759,36	3,620	881,19	3,328	1056,39	3,011
8	7,873	607,99	4,103	681,93	3,846	776,29	3,574	902,59	3,281	1084,45	2,967
9	7,692	604,22	4,115	676,25	3,863	768,05	3,595	890,73	3,305	1067,11	2,992
10	7,158	585,80	4,181	651,77	3,940	735,50	3,683	846,92	3,401	1006,41	3,091
11	6,294	553,83	4,303	610,20	4,082	681,26	3,843	775,17	3,577	908,53	3,276
12	5,142	510,19	4,485	554,37	4,294	609,57	4,083	681,78	3,843	783,17	3,565
13	3,753	457,31	4,731	487,88	4,580	525,65	4,411	574,43	4,216	641,90	3,981
14	2,192	398,08	5,045	414,82	4,949	435,23	4,840	461,20	4,709	496,48	4,549
15	0,530	335,55	5,432	339,32	5,407	343,84	5,377	349,49	5,341	357,02	5,295

Таблица 3.13

Результат вычислений температуры внутренней поверхности топливного сердечника для ТВС максимальной нагрузки

	q1max (z)·106 (Вт/м)	Участок 1			Участок 2			Участок 3			Участок 4			Участок 5 Внутренняя поверхность сердечника
		t1 max (°С )	max (Вт/мК)	t2 max (°С )		max (Вт/мК)	t3 max (°С )		max (Вт/мК)	t4 max (°С )		max (Вт/мК)	tвн max (°С )		max (Вт/мК)
1	0,853	314,63	5,598	320,50		5,555	327,57		5,506	336,45		5,447	348,31		5,372
2	3,511	416,79	4,957	444,09		4,809	477,75		4,642	521,12		4,447	580,95		4,213
3	6,009	517,50	4,465	569,36		4,245	634,61		4,004	720,64		3,736	842,54		3,429
4	8,230	611,27	4,096	688,71		3,829	787,79		3,548	920,80		3,246	1112,91		2,927
5	10,074	692,68	3,827	794,10		3,533	925,53		3,233	1104,16		2,929	1364,82		2,642
6	11,454	756,77	3,643	877,92		3,335	1036,23		3,031	1252,91		2,740	1569,75		2,510
7	12,308	799,50	3,532	933,80		3,218	1110,11		2,916	1352,10		2,642	1705,13		2,467
8	12,597	818,25	3,484	957,57		3,171	1140,70		2,872	1392,14		2,608	1758,14		2,460
9	12,308	811,62	3,498	947,19		3,189	1125,07		2,893	1369,00		2,626	1724,17		2,463
10	11,452	780,17	3,575	903,62		3,275	1064,82		2,980	1285,14		2,702	1606,34		2,492
11	10,071	725,54	3,720	829,86		3,436	964,94		3,149	1148,28		2,861	1415,07		2,597
12	8,227	652,47	3,940	732,94		3,685	835,83		3,418	973,82		3,134	1172,77		2,837
13	6,005	565,38	4,248	619,85		4,040	688,37		3,813	778,66		3,560	906,47		3,274
14	3,507	468,34	4,667	497,30		4,528	533,00		4,371	579,00		4,190	642,44		3,971
15	0,848	367,17	5,217	373,44		5,179	380,99		5,133	390,46		5,078	403,13		5,008

Изобразим на одном графике зависимость изменения температуры внутренней поверхности сердечника по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки:

Рисунок 3.11 - Изменение температур внутренней поверхности топливного сердечника по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

14) Определим тепловой поток на единицу поверхности ТВЭЛа по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки по формулам:

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

n=312 - число ТВЭЛов

d₂ =9,1·10^-3 (м) – диаметр оболочки ТВЭЛа

Значения линейного теплового потока приведены в таблице 3.2 (см. выше).

Результаты сведем в таблицу 3.14.

Таблица 3.14

Результаты вычислений теплового потока на единицу поверхности ТВЭЛа, для средней и максимальной нагрузки

	Z (м)	qsср (z)·105 (Вт/м2)	qsmax (z)·105 (Вт/м2)
1	-1,775	0,550	0,880
2	-1,521	2,264	3,622
3	-1,268	3,874	6,198
4	-1,014	5,306	8,489
5	-0,761	6,494	10,390
6	-0,507	7,384	11,814
7	-0,254	7,935	12,695
8	0,000	8,121	12,993
9	0,254	7,934	12,694
10	0,507	7,383	11,812
11	0,761	6,492	10,388
12	1,014	5,304	8,486
13	1,268	3,871	6,194
14	1,521	2,261	3,618
15	1,775	0,547	0,875

Построим график зависимости, изменение теплового потока на единицу поверхности по высоте, для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Рисунок 3.12 - Изменение теплового потока по высоте канала ТВС средней и максимальной нагрузки

Поскольку теплоноситель не кипит (есть запас до кипения), то не производим расчет кризиса теплообмена.

15) Определяем относительную энтальпию по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки по формуле:

i_f (z) - энтальпия теплоносителя (берем из таблиц по давлению и температуре теплоносителя (для ТВС средней и максимальной нагрузки));

i^’ (z) - энтальпия насыщения (берем из таблиц по давлению (для ТВС средней и максимальной нагрузки));

r^’ (z) - удельная теплота парообразования (берем из таблиц по давлению (для ТВС средней и максимальной нагрузки)).

Сведем в таблицу 3.15 значения величин найденных по справочнику теплофизических свойств воды и водяного пара (Ривкин).

Таблица 3.15

Значения энтальпии и теплоты парообразования необходимые для дальнейшего расчета

	ifср ·106 (Дж/кг)	ifmax ·106 (Дж/кг)	i’ ·106 (Дж/кг)	r’ ·105 (Дж/кг)
1	1,248	1,248	1,652	9,311
2	1,252	1,252	1,651	9,321
3	1,260	1,267	1,650	9,330
4	1,272	1,286	1,650	9,339
5	1,287	1,311	1,650	9,348
6	1,305	1,339	1,649	9,357
7	1,324	1,372	1,648	9,366
8	1,345	1,407	1,648	9,375
9	1,365	1,440	1,647	9,384
10	1,383	1,473	1,647	9,393
11	1,399	1,502	1,646	9,403
12	1,413	1,527	1,646	9,412
13	1,422	1,546	1,645	9,421
14	1,428	1,556	1,645	9,430
15	1,429	1,558	1,644	9,439

Изменение энтальпии по высоте канала:

Рисунок 3.13 - Изменение энтальпии по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки и энтальпии на линии насыщения

Определяем относительную энтальпию по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Полученные значения заносим в таблицу 3.16.

Таблица 3.16

Значение относительной энтальпии по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

	Хсротн (z)	Хmахотн (z)
1	-0,433	-0,433
2	-0,428	-0,428
3	-0,419	-0,411
4	-0,405	-0,390
5	-0,388	-0,363
6	-0,368	-0,331
7	-0,346	-0,295
8	-0,324	-0,258
9	-0,301	-0,221
10	-0,281	-0,185
11	-0,263	-0,153
12	-0,248	-0,126
13	-0,237	-0,106
14	-0,230	-0,094
15	-0,228	-0,091

Построим график зависимость изменение относительной энтальпии по высоте канала:

Рисунок 3.14 – Изменение относительной энтальпии по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки

По таблицам находим: температуропроводность на линии насыщения, плотность на линии насыщения, плотность теплоносителя (по давлению и температуре), кинематическую вязкость на линии насыщения, динамическую вязкость на линии насыщения и коэффициент поверхностного натяжения на линии насыщения, найденные значения заносим в таблицу 3.17.

Таблица 3.17

Значения необходимые для расчета критического потока, взятые из таблиц

	ρ fср (z) (кг/м3)	ρ fmax (z) (кг/м3)	ρ’ (z) (кг/м3)	µ’ (z), ·10-5 (Па·с)	ѵ’ (z), 10-7 (м2/с)	𝜎’ (z), ·10-3 (Н/м)	α’ (z), 10-8 (м2/с)
1	759,7	759,7	585,0	6,706	1,146	4,170	7,997
2	758,5	757,7	585,2	6,709	1,146	4,182	8,008
3	755,7	753,2	585,4	6,712	1,146	4,195	8,020
4	751,5	746,4	585,7	6,715	1,146	4,207	8,031
5	746,1	737,5	585,9	6,718	1,147	4,220	8,049
6	739,7	726,7	586,2	6,721	1,147	4,232	8,060
7	732,5	714,4	586,4	6,724	1,147	4,245	8,072
8	724,8	700,7	586,7	6,727	1,147	4,258	8,083
9	717,2	686,9	586,9	6,730	1,147	4,271	8,095
10	710,0	673,1	587,2	6,733	1,147	4,284	8,106
11	703,6	660,1	587,4	6,736	1,147	4,297	8,117
12	698,2	648,8	587,7	6,739	1,147	4,310	8,129
13	694,2	640,3	587,9	6,742	1,147	4,323	8,141
14	692,0	635,3	588,2	6,746	1,147	4,337	8,152
15	691,6	634,4	588,4	6,749	1,147	4,350	8,164

Найдем числа Рейнольдса и Прандтля для ТВС средней и максимальной нагрузки по формулам:

ρ^’ (кг/м³) - плотность по давлению насыщения;

µ^’ (z) (Па·с) - динамическая вязкость (из таблиц по давлению);

ѵ^’ (z) (м²/с) – кинематическая вязкость (из таблиц по давлению);

α^’ (z) (м²/с) – температуропроводность (из таблиц по давлению).

Величины необходимые для расчета приведены в таблице 3.17.

Определим по этим формулам числа Рейнольдса и Прандтля, результат вычислений занесем в таблицу 3.18 (ищем для ТВС средней и максимальной нагрузки).

Таблица 3.18

Значения Рейнольдса и Прандтля

	Rеср, ·105	Rеmaх, ·105	Рr
1	4,861	4,861	1,433
2	4,869	4,871	1,431
3	4,886	4,900	1,429
4	4,912	4,945	1,427
5	4,945	5,004	1,425
6	4,993	5,078	1,423
7	5,037	5,170	1,421
8	5,092	5,270	1,419
9	5,147	5,373	1,417
10	5,199	5,487	1,415
11	5,247	5,594	1,413
12	5,288	5,690	1,411
13	5,317	5,767	1,409
14	5,335	5,811	1,407
15	5,338	5,818	1,405

Определим обобщенное расходное паросодержание для ТВС средней и максимальной нагрузки по формуле:

Величины необходимые для расчета X приведены в таблице 3.17.

Вычисленные значения запишем в таблицу 3.19.

Таблица 3.19

Значения обобщенного расходного паросодержания, для ТВС средней и максимальной нагрузки

	Хср	Хmax
1	-1,071	-1,071
2	-1,058	-1,059
3	-1,035	-1,017
4	-1,002	-0,966
5	-0,960	-0,899
6	-0,912	-0,823
7	-0,859	-0,736
8	-0,804	-0,644
9	-0,750	-0,554
10	-0,700	-0,466
11	-0,656	-0,387
12	-0,618	-0,320
13	-0,591	-0,268
14	-0,575	-0,238
15	-0,570	-0,231

Построим график зависимости, изменение X по высоте канала:

Рисунок 3.15 – Изменение обобщенного расходного паросодержания по высоте канала

16) Определим критический тепловой поток по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки по формуле:

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

Значения параметров необходимых для расчета приведены в таблицах 3.17, 3.18, 3.19

Результат сведем в таблицу 3.20.

Таблица 3.20

Результаты вычислений для критического теплового потока для ТВС средней и максимальной нагрузки

№	, ·106 (Вт/м2)	, ·106 (Вт/м2)
1	2	3
1	1,410	1,410
2	1,411	1,411
3	1,411	1,410
4	1,411	1,409
5	1,410	1,407
6	1,409	1,404
7	1,407	1,401
8	1,406	1,398
1	2	3
9	1,405	1,394
10	1,404	1,392
11	1,403	1,389
12	1,402	1,388
13	1,402	1,386
14	1,403	1,386
15	1,404	1,387

Построим график зависимости изменения критического теплового потока по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Рисунок 3.16 - Изменение критического потока по высоте канала активной зоны реактора

17) Запас до кризиса кипения для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Для ТВС средней нагрузки:

Для ТВС максимальной нагрузки:

Значения потоков приведены в таблицах 3.14, 3.20.

Результаты вычислений сведем в таблицу 3.21.

Таблица 3.21

Результаты вычислений запаса до кризиса для ТВС средней и максимальной нагрузки

№
1	25,656	16,035
2	6,234	3,895
3	3,643	2,275
4	2,659	1,66
5	2,171	1,354
6	1,908	1,189
7	1,773	1,104
8	1,731	1,076
9	1,77	1,098
10	1,901	1,178
11	2,16	1,337
12	2,644	1,635
13	3,622	2,238
14	6,205	3,832
15	25,661	15,851

Построим график зависимости изменение запаса до кризиса по высоте канала для ТВС средней и максимальной нагрузки.

Рисунок 3.17 - Изменение запаса до кризиса по высоте активной зоны реактора

Изобразим графически изменение температуры по высоте канала для ТВС средней нагрузки

Рисунок 3.18 - Графики изменения всех температур по высоте канала активной зоны реактора для ТВС средней нагрузки

Для ТВС максимальной нагрузки

Рисунок 3.19 - Графики изменения всех температур по высоте канала активной зоны реактора для ТВС максимальной нагрузки

Изобразим графически изменение температуры по радиусу ТВЭЛа.

Рисунок 3.20 – Изменение температуры по радиусу ТВЭЛа

Выводы

В ходе выполнения работы был проведён поверочный теплогидравлический расчёт ядерного реактора ВВЭР-1000. Был проведен расчет теплотехнической надежности ядерного реактора, основных конструкционных размеров, построены графики изменения основных расчетных величин и температур по высоте активной зоны ядерного реактора.

Расчет включал в себя 2 основные части:

Определение геометрических характеристик активной зоны.

В результате была получена активная зона со следующими параметрами:

1. объем - 27,273 м³;

2. диаметр - 3,128 м;

3. высота - 3,55 м;

4. число кассет - 161 шт.;

5. толщина чехла ТВС - 1,5 мм;

6. размер кассеты под ключ - 232 мм;

7. количество ТВЭЛ в кассете – 312;

8. диаметр оболочки ТВЭЛ – 9,1*0,69 мм,

9. относительный шаг решетки ТВЭЛ - 1,3956,

10. расстояние между центрами кассет - 235 мм,

11. количество дистанционирующих решеток - 15 шт;

12. топливный сердечник в ТВЭЛ – UO₂.

Определение теплогидравлических характеристик активной зоны.

В результате данного расчёта было получено, что:

1. в ТВС со средней нагрузкой условия поверхностного кипения не создаются и все параметры находятся в пределах допустимых значений:

=315,85 °С

=323,78 °С

=349,56 °С

=546,36 °С

=1084,45 °С

2. в ТBC с максимальной нагрузкой условия поверхностного кипения не создаются и все параметры находятся в пределах допустимых значений:

=335,56 °С

=346,72 °С

=388,77 °С

=703,85 °С

=758,14 °С

3. температура наружной оболочки для обеих двух типа ТВС (равна 323,78 °С и 346,72 °С соответственно) не превышает предельно допустимой температуры 352 °С.

4. допустимая температура для циркониевых оболочек ТВЭЛ 500 °С для двух типов ТВС не превышается (349,56 °С и 388,77 °С соответственно);

5. максимальная температура топлива для ТВС максимальной нагрузки не превышает предельно допустимую температуру и температуру плавления UO₂ =2600 - 2800°С (с учетом выгорания).

В результате расчёта сделаны следующие выводы - в целом данный реактор пригоден к эксплуатации. Его запас до кризиса теплоотдачи превышает минимально необходимый предел (K_зап>1) во всех точках активной зоны, то это значит, что в активной зоне осуществляется бескризисное охлаждение ТВЭЛ, т.е. в этом случае обеспечивается выполнение условия теплотехнической надежности а.з. проектируемого водо-водяного реактора.