RU2733201C1 - Способ работы тепловыделяющей сборки - Google Patents
Способ работы тепловыделяющей сборки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733201C1 RU2733201C1 RU2019136517A RU2019136517A RU2733201C1 RU 2733201 C1 RU2733201 C1 RU 2733201C1 RU 2019136517 A RU2019136517 A RU 2019136517A RU 2019136517 A RU2019136517 A RU 2019136517A RU 2733201 C1 RU2733201 C1 RU 2733201C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- heat
- coolant
- cells
- fuel assembly
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано, например в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерных энергетических установок. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами заключается в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл. Массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках. Изобретение позволяет выравнить температуру теплоносителя по сечению ТВС, устранить подкипание теплоносителя в ячейках. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано, например, в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерных энергетических установок.
Известен способ работы ТВС, заключающийся в подаче теплоносителя на вход ТВС, пропускании теплоносителя вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей тепловыделяющих элементов (твэл), выделении тепла в твэлах, отводе тепла с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл (Ф.Я. Овчинников, В.В. Семенов Эксплуатационные режимы ВВЭР. М. Энергоатомиздат. 1988 г. С.149, [1]).
Основной недостаток способа работы ТВС в том что, он не позволяет получить высокую энергонапряженность сборки. Последнее обусловлено следующим. Поскольку запасы до кризиса теплообмена определяются по среднесмешанным параметрам сборки (по сечению) расчетные значения критических тепловых потоков КТП могут значительно отличаться от тех, которые имеют место в реальной ситуации. Это обусловлено тем, что в ТВС всегда присутствуют необогреваемые элементы (ПЭЛ, стержни СУЗ), наличие которых приводит к значительному снижению КТП, по сравнению с теми КТП, которые имеют место в ТВС с теплогидравлически равноценными ячейками. В настоящее время практически отсутствуют методики расчета КТП в ТВС с теплогидравлически неравноценными ячейками. Методики, используемые для оценок запасов до кризиса, несовершенны и определяют КТП с большой погрешностью. (Pometko R.S., Boltenko Е.А. et all. The critical Heat Flux in WWER Fuel Subassembly Model with Nonuiform Crossectional Parameters Distubution / NURETH -8, September 30-October, 1997, Japan, [2].). Для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, связанных с неверным определением КТП, запасы до кризиса завышают, тем самым снижая энергонапряженность и, соответственно, экономичность ТВС.
Одна из причин низких значений КТП в том, что теплоноситель по сечению ТВС слабо перемешивается. Последнее приводит к тому, что в ячейках ТВС теплоноситель имеет различные параметры (температуры, скорости и т.д.). Любое возмущение на входе передается практически на выход сборки. В связи с этим локальное ухудшение теплогидравлической обстановки в ячейке ТВС приводит к локальному ухудшению температурного режима твэла (при соответствующих тепловых потоках) - кризису теплосъема выходу его и, соответственно, ТВС из строя. Для повышения энергонапряженности ТВС используют различные методы перемешивания теплоносителя и интенсификации теплосъема [3].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ работы ТВС, заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, и отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей. Массообмен между ячейками ТВС достигается с помощью дистанционирующих решеток (ДР) различной конструкции. (Перепелица Н.И. Дистанционирующие решетки со смесительными элементами для ТВС PWR. Обзор. Атомная техника за рубежом, 2010. №8. с. 3-10).
Для усиления воздействия на поток в ряде случаев используются промежуточные смесительные решетки. Анализ различных конструкций дистанционирующих решеток показал, что внедрение промежуточных смесительных решеток вместе с ДР смесительными решетками (шаг 340 мм) способно обеспечить дополнительное повышение тепловой мощности~ на 10%. Вклад турбулизации в повышение тепловой мощности для перспективных конструкций смесительных решеток составляет: примерно 10% при шаге расположения 250 мм и 2% при шаге расположения 500 мм, [4]. Использование смесительных решеток (3-4 решетки) между дистанционирующими гладкими способно обеспечить повышение мощности на 2-3%. Для улучшения массообмена между ячейками предлагается.
1. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл отличающийся тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.
2. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами по п. 1 отличающийся тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении массообмена между ячейками, что достигается тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении массообмена между ячейками, что достигается также тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.
Достижение технического результата обеспечивается за счет улучшения массообмена теплоносителя между ячейками. В результате улучшения массообмена выравнивается температура теплоносителя по сечению ТВС, повышается скорость теплоносителя на выпуклых теплоотдающих поверхностях твэл и, соответственно, повышается интенсивность теплосъема и критического теплового потока на выпуклых теплоотдающих поверхностях твэл.
Достижение технического результата обеспечивается также за счет закрутки перетекаемого через необогреваемые вставки теплоносителя. В результате закрутки увеличивается скорость теплоносителя вдоль выпуклых теплоотдающей поверхностей твэл и соответственно повышается интенсивность теплосъема.
Тепловыделяющая сборка, ТВС, работает следующим образом. Теплоноситель, поданный на вход тепловыделяющей сборки ТВС пропускают вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл (движение теплоносителя обеспечивает насос), выделяют тепло в твэлах, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл. За счет перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках обеспечивается дополнительный массообмен между ячейками ТВС. Происходит выравнивание температуры и скорости в ячейках, в результате средние скорости и температуры по сборке выравниваются, теплообмен между выпуклыми поверхностями твэл и теплоносителем возрастает. Дополнительное повышение массообмена достигается за счет закрутки теплоносителя, проходящего через вставки.
На фиг. 1 показана схема тепловыделяющего элемента, обеспечивающего переток теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках. На фиг. 2 показан фрагмент сборки. Твэл,, включает в себя наружную оболочку твэл - 1 - оболочку, 2 - топливо, 3. необогреваемая вставка, 4 - отверстие в необогреваемой вставке. - Вставка выполняется таким образом, чтобы обеспечить либо прямолинейное перемещение теплоносителя либо закрутку теплоносителя Тепловыделяющая сборка работает следующим образом. Теплоноситель поступает на вход сборки, омывает выпуклые теплоотдающие поверхности, нагревается, теплоноситель проходит через вставки, происходит переток теплоносителя, для улучшения перетока теплоносителя вставка конструируется так, что теплоноситель, проходящий через вставку, закручивается.
В результате перетоков теплоносителя между ячейками сборки может быть устранено имеющее место подкипание теплоносителя в ячейках, повышены запасы до кризиса теплоотдачи.
Пример конкретного выполнения. Пример конкретного выполнения. Допустим, что ТВС собрана из твэлов наружным диаметром 9,1 мм. Общая длина составного твэла (со вставками) 3,7 м. Длина твэлов между вставками может быть различной. Например, твэл может быть составлен из двух твэлов длиной 1 м и 2,5 м. (на выходе сборки перемешивание теплоносителя более важно), длина вставки L1=50 мм. Конструкция вставки должна обеспечивать максимальный перенос теплоносителя между ячейками сборки. Последнее может достигнуто с помощью закрутки теплоносителя проходящего через вставку. Оценки дают, что использование твзлов, позволяющих обеспечить перенос теплоносителя между неравноценными ячейками сборки, позволяет устранить подкипание теплоносителя в ячейках, повысить запасы до кризиса теплоотдачи до 20-30%.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить энергонапряженность ТВС за счет улучшения перемешивания теплоносителя между ячейками ТВС. Повысить запасы до кризиса теплоотдачи.
Список использованных источников
1. Овчинников Ф.Я., Семенов В.В Эксплуатационные режимы ВВЭР. М. Энергоатомиздат. 1988 г. С.149)
2. Pometko R.S., Boltenko Е.А. et all. The critical Heat Flux in WWER Fuel Subassembly Model with Nonuiform Crossectional Parameters Distubution / NURETH-8, September 30-October, 1997, Japan).
3. Перепелица Н.И. Дистанционирующие решетки со смесительными элементами для ТВС PWR-Обзор. Атомная техника за рубежом, 2010. №8. с. 3-10.
4. Ефанов А.Д., Колмаков А.П., Куликов Б.И., Ложкин В.В., Пометько Р.С.и др. Направление теплофизических исследований по обеспечению проектных параметров АЭС-2006 (ВВЭР-1200). Семинар ФЭИ, концерн ТВЭЛ. Обнинск 2007 г.
Claims (2)
1. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами, заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, отличающийся тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.
2. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) по п. 1, отличающийся тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136517A RU2733201C1 (ru) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Способ работы тепловыделяющей сборки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136517A RU2733201C1 (ru) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Способ работы тепловыделяющей сборки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733201C1 true RU2733201C1 (ru) | 2020-09-30 |
Family
ID=72926987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019136517A RU2733201C1 (ru) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Способ работы тепловыделяющей сборки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733201C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5249210A (en) * | 1990-10-18 | 1993-09-28 | Abb Atom Ab | Method and a device for control of the coolant flow in the fuel assembly of a pressurized water reactor |
| RU1656974C (ru) * | 1988-06-27 | 1993-10-30 | Предприятие П/Я В-2679 | Тепловыдел юща сборка |
| WO1995034898A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Abb Atom Ab | Control of coolant flow in a nuclear reactor |
| RU2220464C2 (ru) * | 2002-02-20 | 2003-12-27 | Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных электростанций | Тепловыделяющая сборка |
| RU2359346C2 (ru) * | 2006-04-10 | 2009-06-20 | Эдуард Алексеевич Болтенко | Способ работы тепловыделяющей сборки |
-
2019
- 2019-11-14 RU RU2019136517A patent/RU2733201C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1656974C (ru) * | 1988-06-27 | 1993-10-30 | Предприятие П/Я В-2679 | Тепловыдел юща сборка |
| US5249210A (en) * | 1990-10-18 | 1993-09-28 | Abb Atom Ab | Method and a device for control of the coolant flow in the fuel assembly of a pressurized water reactor |
| WO1995034898A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Abb Atom Ab | Control of coolant flow in a nuclear reactor |
| RU2220464C2 (ru) * | 2002-02-20 | 2003-12-27 | Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных электростанций | Тепловыделяющая сборка |
| RU2359346C2 (ru) * | 2006-04-10 | 2009-06-20 | Эдуард Алексеевич Болтенко | Способ работы тепловыделяющей сборки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2014517309A (ja) | 原子炉炉心内の燃料棒出力分布のモデリング法 | |
| RU2733201C1 (ru) | Способ работы тепловыделяющей сборки | |
| Uitslag-Doolaard et al. | Multiscale modelling of the phénix dissymmetric test benchmark | |
| WO2009134498A2 (en) | A methodology for modeling the fuel rod power distribution within a nuclear reactor core | |
| Design space exploration for salt cooled reactor systems | ||
| Liu et al. | Modification and application of Relap5 Mod3 code to several types of nonwater‐cooled advanced nuclear reactors | |
| Madokoro et al. | Assessment of RELAP/SCDAPSIM/MOD3. 5 against the BWR core degradation experiment CORA-17 | |
| Diller et al. | Thermal-hydraulic analysis for wire-wrapped PWR cores | |
| Nikonov et al. | Detailed modeling of KALININ-3 NPP VVER-1000 reactor pressure vessel by the coupled system code ATHLET/BIPR-VVER | |
| Ohira et al. | Benchmark analyses of sodium natural convection in the upper plenum of the MONJU reactor vessel | |
| Kaffezakis et al. | Fuel Cycle Analysis of Novel Assembly Design for Thorium-Uranium-Ceramic–Fueled Thermal, High-Conversion Reactor | |
| Kong et al. | Scaling Analysis of the SFR Cartridge Loop | |
| Xing et al. | Design space exploration for salt-cooled reactor system: Part I–Thermal hydraulic design | |
| Guo et al. | Transient thermal-hydraulic analysis of single flow channel blockage in the JRR-3M 20-MW research reactor | |
| Shatilla et al. | A fast-spectrum test reactor concept | |
| Alnoamani et al. | Neutronic and fuel performance evaluation of accident tolerant fuel concepts in APR1400 reactor | |
| Becker et al. | Analysis of the dryout incident in the Oskarshamn 2 boiling water reactor | |
| Rahnema et al. | Phenomena identification and categorization by the required level of multiphysics coupling in FHR modeling and simulation | |
| Collins et al. | Crud Induced Power Shift Simulations using VERA | |
| Ziyad | Improved Bypass Flow Thermal-Hydraulic Modeling for BWR Multi-physics Applications | |
| Greenspan | Enhanced Performance Fast Reactors with Engineered Passive Safety Systems | |
| Kirillov | Liquid Metals in Nuclear Power: An Engineer Looks Into the Past and Future | |
| Kliem | AER working group D on WWER safety analysis-report of the 2008 meeting | |
| Zhuchkova et al. | Thermal-hydraulic model of annular fuel of pressurized heavy water reactor | |
| Yoon et al. | Development of Off-take Model, Subcooled Boiling Model, and Radiation Heat Transfer Input Model into the MARS Code for a Regulatory Auditing of CANDU Reactors |