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


РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ГАЗООХЛАЖДАЕМОГО РЕАКТОРА МЕТОДОМ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ТЕМПЕРАТУРОМЕТРИИ

Шкляев С.Л., Ефимова А.В., Жилкин Б.П., Щеклеин С.Е.

Уральский государственный технический университет - УПИ

Перспективным направлением развития ядерной энергетики является высокотемпературный реактор с гелиевым теплоносителем как на тепловых (ВТГР), так и на быстрых нейтронах (БГР). В последнее время разработкам высокотемпературных гелиевых реакторов уделяется значительное внимание во многих странах. Это обусловлено инертностью теплоносителя к конструкционным материалам как в механическом, так и в радиационном отношении. Одна из задач, которая решается при разработке конструкции реактора является проблема контроля энерговыделения по радиусу АЗ. Эта задача может быть решена по методике, разработанной в УГТУ-УПИ, базирующейся на использовании тепловизионного контроля. В настоящий момент данная методика применима на модели реакторе и позволяет наблюдать энерговыделение (тепловыделение) по радиусу АЗ.

С целью изучения равномерности омывания пучка газовым теплоносителем и закономерности распределения локальной теплоотдачи от условий ввода теплоносителя в канал создана экспериментальная установка, моделирующая работу теплообменных аппаратов (реактора) с продольным обтеканием пучка труб теплоносителем, в данном случае воздухом.

Рабочий канал представляет собой металлопластиковую трубу, внутренним диаметром 245 мм и высотой 1150 мм. Внутри трубы располагается пучок теплоэлектрических нагревателей, которые являются тепловыделяющими элементами (ТВЭ) в данной установке, диаметром 13 мм и высотой  60 мм. Схема крепления позволяет менять геометрию пучка от 1 до 7 шт. Имеется возможность регулировки мощности каждого элемента от 0 до номинальной. Снабжение воздухом осуществляется от вентилятора, производительность которого регулируется числом оборотов электродвигателя с помощью автотрансформатора.

Общий вид рабочего участка с системой крепления представлен на рис.1. На переднем плане  показано окно, которое при работе аппарата закрывается экраном из пластика, пропускающим инфракрасное излучение. Фиксация сетки в контрольном сечении рабочего канала  производится с помощью специальной магнитной системы, что позволяет исключить размещение механических тяг, загромождающих сечение канала.

Для исследования равномерности теплоотдачи используется метод термовизуализирующей сетки. Метод заключается в том, что в газовый поток помещается сетка из тонких фторопластовых нитей, в которой сделаны отверстия для тепловыделяющих элементов соответственно их количеству. Тепловое излучение от нитей, интенсивность которого соответствует температуре потока, регистрируется термографом и преобразуется в визуальный образ (термограмму) в виде цветового поля, отображаемого на мониторе компьютера, связанного с тепловизионной камерой. Термограмма позволяет определить численные значения температуры путем сопоставления цветов со шкалой «цвет-температура».

Рис. 1. Общий вид рабочего участка эксп. установки (1- твэл; 2- фторопластовая сетка с отверстием для ТВЭ; 3 - рабочее окно; 4 - диффузорная система).

Таким образом, производится одномоментное измерение температурного поля газового потока в большом числе точек контрольной области. В опытах используются: тепловизор марки IRTIS- 200; сетка из фторопластовых нитей толщиной 50 мкм и размерами ячейки 1х1 мм. Визуальная термическая картина сопоставляется с данными, полученными путем замера температур потока с помощью термопар.

Для тепловизионной съёмки в труднодоступных местах возможно использование системы оптических зеркал с внешним отражающим слоем.

Созданная установка позволяет использовать разработанную методику с применением тепловизора для контроля энерговыделения АЗ по радиусу на любой отметке. С её помощью могут быть получены сведения о неравномерности теплоотдачи ТВС при различных условиях ввода теплоносителя в канал, что поможет оптимизировать работу данных установок, повысить их энергетическую эффективность, снизить вероятность кризиса теплообмена второго рода.