Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ ПОТОКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТВС РЕАКТОРА
ВВЭР-1000

Бородин С.С., Бородин А.С., Легчанов М.А.

Нижегородский государственный технический университет

В процессе эксплуатации реакторной установки ВВЭР-1000 были выявлены проблемы в работе органов регулирования СУЗ, вызванные пространственным искривлением формы штатных ТВС при переходе на трехгодичный топливный цикл. Для решения данной проблемы ФГУП ОКБМ им. И.И.Африкантова разработало и предложило использование альтернативной конструкции ТВС (ТВСА), которая имеет силовой каркас, состоящий из шести пластинообразных уголков и приваренных к ним дистанционирующих решеток.

При модернизации конструкции альтернативной ТВС реактора ВВЭР-1000 и проработке новых технических решений, был выдвинут в качестве проекта усовершенствованный тип органов регулирования СУЗ, что потребовало применения направляющего канала (НК) увеличенного диаметра. Это повлекло за собой ряд проблем, связанных с уменьшением проходного сечения в области, прилегающей к НК, и, как следствие, ухудшение теплосъема с твэлов, расположенных вокруг направляющего канала. Кроме того, для предотвращения изгиба поясов дистанционирующих решеток было предложено укреплять их установкой опорных элементов в виде втулок на направляющий канал непосредственно за поясами дистанционирующих решеток. Всё вышеперечисленное вызвало необходимость проведения экспериментальных исследований по сравнению гидродинамических характеристик в районе направляющего канала стандартного диаметра и направляющего канала увеличенного диаметра.

Для исследования гидродинамики потока теплоносителя в районе направляющего канала был создан аэродинамический стенд ФТ-252, представляющий собой разомкнутый контур, через который прокачивается воздух. Стенд состоит из экспериментальной модели, расходомерного устройства с участками стабилизации потока, регулирующей аппаратуры, измерительного комплекса. Экспериментальная модель представляет собой фрагмент активной зоны реактора ВВЭР-1000 с ТВСА и включает в себя сегменты трех топливных кассет с 54-ю имитаторами твэлов, тремя уголками жесткости, двумя имитаторами направляющего канала с возможностью использования опорных втулок. Модель выполнена в полном соответствии с натурной ТВСА с коэффициентом геометрического подобия Кг=4.4.

Для определения направления движения потока, значений абсолютной скорости, статического и полного давлений в данной точке и, тем самым, изучения пространственной гидродинамики потока использовался пятиканальный пневмометрический зонд.

Экспериментальные исследования гидродинамических характеристик потока теплоносителя в районе направляющего канала проводились в три этапа: исследование гидродинамики в районе НК стандартного диаметра, НК увеличенного диаметра и НК стандартного диаметра при установке на направляющий канал опорной втулки.

Анализ распределения аксиальной составляющей абсолютной  скорости потока в районе НК позволяет заключить следующее:

·         аксиальная составляющая абсолютной скорости Wz/`W имеет минимальные значения вблизи поверхности НК и твэлов, а также в зазорах между НК и твэлами. Максимальные значения составляющей наблюдаются в геометрических центрах нестандартных ячеек, прилежащих к НК;

·         распределение локальной аксиальной составляющей абсолютной скорости по периметру НК носит неравномерный характер. Минимальное значение относительной аксиальной скорости в этих зонах достигает Wz/`W»0,8, что на 20% меньше среднерасходной скорости.

·         различие проходных сечений ячеек, прилежащих к направляющему каналу, и стандартных ячеек ТВСА приводит к вытеснению части расхода из области НК в среднем на
30-35% для направляющего канала стандартного диаметра и на 50-65% – для направляющего канала увеличенного диаметра.

·         наличие опорной втулки за поясом дистанционирующих решеток приводит к дополнительной турбулизации потока теплоносителя за ней, но не сказывается на перераспределении расхода в данной области.

Полученные результаты являются базой данных для уточнения гидродинамических характеристик в ячейках ТВСА в целях уменьшения консерватизма при расчетах теплотехнической надежности активных зон реакторов ВВЭР-1000.