Профилирование расходов по тепловыделяющим сборкам активной зоны реактора ВВЭР-1000. Определение расхода теплоносителя через межкассетные зазоры и доли тепла, перетекающего в межкассетное пространство. Расчет мощности главного циркуляционного насоса.
В данной курсовой работе нам нужно вычислить мощность главного циркуляционного насоса, необходимую для перекачки теплоносителя по петле первого контура ядерной энергетической установки с реактором ВВЭР-1000. На этом участке происходит расширение, найдем угол . По таблице найдем поправочный коэффициент на плавное расширение: Рассчитаем местный коэффициент сопротивления на плавное расширение: 3 участок Площадь поперечного сечения на участках 4 и 5 одинакова и равна: Кластерные стержни опущены на 40%: N2 = 29[шт.
Введение
Профилирование расходов по тепловыделяющим сборкам реактора необходимо проводить для того, чтобы температура теплоносителя на выходе из активной зоны реактора была одинаковой. В активной зоне теплоноситель греется не равномерно, его температура убывает с удалением от центра реактора к периферии. Нам необходимо, чтобы температура теплоносителя была одинаковой по всем типам кассет.
В данной курсовой работе нам нужно вычислить мощность главного циркуляционного насоса, необходимую для перекачки теплоносителя по петле первого контура ядерной энергетической установки с реактором ВВЭР-1000. Это значение мощности потребуется в дальнейшем для правильного подбора главного циркуляционного насоса.
Исходные данные для расчета
Тепловая мощность реактора Q=2800 [МВТ]
Давление в нижнем коллекторе реактора Рн.к.=157 [бар]
Температура на входе в активную зону твх. = 290[°С].
Подогрев на активной зоне Dt = 30[°C].
Исходные данные к курсовой работе: Реактор: Размер кассеты «под ключ», H 238 мм
Диаметр твэлов, dтв. 9,1 мм
Кластерные каналы 12,6 x 0,85 мм
Центральная трубка 10,3 x 0,65 мм
Кластерные стержни 8,2 мм
Шаг решетки твэл, S 12,75 мм
Толщина стенки шестигранного чехла 1,5 мм
Длина трубопроводов первого контура: От реактора до парогенератора 11.5м
От ПГ до ГЦН 13м
От ГЦН до реактора 25,3м
Внутренний диаметр трубопровода 0,87м
Коэффициенты местных сопротивлений
Активная зона: Вход в демпферные трубы, ?дт 1,47
Вход в хвостовик кассеты, ?вх.х 1,0
Концевые решетки, ?к.р. 1,15
Дистанционирующая решетка, ?д.р. 0,96
На сужение в верхней части кассеты, ?суж 2
Выход из кассеты, ?вых.к 2,18
Контур: ГЗЗ на входе в реактор, ?вх.гзз 0,7
ГЗЗ на выходе из реактор, ?вых.гзз 0,76
Выход из реактора, ?вых.р 0,8
Вход в реактор, ?вх.р 0,6
Изгиб трубопровода на 90?, ?90 0,3
Потери в ГЦН, ?гцн 2,5
Парогенератор: Площадь поверхности теплообмена, F 6486 м2
Количество трубок ПГ, n 14000 шт.
Диаметр трубок ПГ 16 x 1,5 мм
Местные сопротивления: Вход в коллектор ПГ, ?вх.к.пг 1,0
Вход теплоносителя из коллектора в трубки ПГ, ?вх.тр.пг 0,5
Выход из коллектора, ?вых.к.пг 0,9
Выход из трубок в коллектор, ?вых.тр.пг 1,0
Определение расхода через реактор и через все ТВС
Определим Ср через среднюю температуру и давление в нижнем коллекторе из таблицы Ривкина. тср
Рн.к.=157 бар
Ср=5648
Расход по одной ТВС
Расчет геометрии ТВС.
1 участок
Длина участка
Гидравлический диаметр участка
Площадь
2 участок
Этот участок является диффузором, на котором происходит переход от круглого к шестиугольному сечению.
В верхнем сечении данный участок имеет форму шестиугольника. Приравняем площадь шестиугольника к площади окружности, чтобы найти эквивалентный диаметр.
, - эквивалентный диаметр, - площадь шестиугольника.
На этом участке происходит расширение, найдем угол .
, тогда .
По таблице найдем поправочный коэффициент на плавное расширение: Рассчитаем местный коэффициент сопротивления на плавное расширение:
3 участок
Длина , Площадь поперечного сечения , Гидравлический диаметр-
Длина , гидравлический диаметр- , площадь поперечного сечения
.
Расчет площадей на 4 и 5 участках для различных типов ТВС: Кластерные открытые: N1 = 80[шт.]
Площадь поперечного сечения на участках 4 и 5 одинакова и равна:
Кластерные стержни опущены на 40%: N2 = 29[шт.]
Площадь поперечного сечения на участке 4: , площадь поперечного сечения на участке 5:
С выгорающим поглотителем (СВП): N3 = 54[шт]
Для СВП кассет площадь поперечных сечений будет одинаковой, также она останется неизменной на участках 4 и 5 и будет равна
Определение количества дистанционирующих решеток: Шаг решеток равен следовательно, количество решеток равно
Вывод зависимостей для определения расхода
Для определения расходов воспользуемся соотношениями:
заменим скорость ;
;
Вынесем за скобку и оставшуюся часть обозначим через
Получим
Где
Для нашего случая запишем где С1, С2, С3 , - постоянные зависящие от коэффициентов сопротивления трения и местных коэффициентов сопротивления, а также геометрии ТВС.
Из этой системы
, , .
Потери давления на различных ТВС ; заменим среднюю скорость ; получим
Перенесем G2 в противоположную сторону, ; обозначим
Тогда можно записать где - коэффициент местного сопротивления.
Возьмем необходимые для выполнения работы значения удельных объемов и динамической вязкости, из таблиц Ривкина. t0C V,м3/кг ?,кг/м3 m
290 0,001339 746,8259 92.724*10-6
305 0,0013966 716,02463 86.702*10-6
Найдем местные потери для разных типов кассет.
Кластерные кассеты, стержни подняты
Кластерные кассеты, стержни опущены
3) Кассеты СВП
Запишем основные соотношения.
Числа Рейнольдса находятся из формулы где - скорость, -гидравлический диаметр.
Заменим ;
Получим ; обозначим
Тогда можно записать
Перепад давления из уравнения ; заменим среднюю скорость ; получим ;
Перенесем в противоположную сторону, ; обозначим
Можем записать ; обозначим
Тогда можем записать
Коэффициент сопротивления трению , так, как в нашем случае числа Рейнольдса будут
В активной зоне коэффициент сопротивления трению будет больше и определяется по формуле где , при
- относительный шаг решетки твэл
;
- шаг решетки твэл.
; ;
Вычислим для каждого участка коэффициенты и .
Для кластерный кассет
1 участок
3 участок
4 участок
5 участок
Опущенные на 40%:
6 участок
Для ТВС СВП
Определение расходов по различным типам кассет.
Первоначально числа Рейнольдса будут определятся из условия одинаковости расходов по всем типам кассет.
Из них значения и .
Первое приближение
Кластерные кассеты, стержни подняты
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
Кластерные кассеты, стержни опущены
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
Кассеты СВП
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
Найдем общие потери по длине.
Кластерные кассеты, стержни подняты
Кластерные кассеты, стержни опущены
Кассеты СВП
Определим окончательное значение коэффициентов после первого приближения, и определим расходы.
Кластерные кассеты, стержни подняты
Кластерные кассеты, стержни опущены
Кассеты СВП
Для определения расходов воспользуемся соотношениями:
заменим скорость ;
;
Вынесем за скобку и оставшуюся часть обозначим через
Получим
Где
Для нашего случая запишем
, , .
; ; ;
Вычислим значения расходов по полученным формулам.
II. Проведем второе приближение, используя полученное значение расходов для разных типов кассет.
1) Кластерные кассеты, стержни подняты
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
2) Кластерные кассеты, стержни опущены
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
3). Кассеты СВП
1 участок
4 участок
3 участок
5 участок
6 участок
Найдем общие потери по длине.
1). Кластерные кассеты, стержни подняты
2). Кластерные кассеты, стержни опущены
3). Кассеты СВП
Определим окончательное значение коэффициентов после второго приближения, и определим расходы.
1) Кластерные кассеты, стержни подняты
2) Кластерные кассеты, стержни опущены
3) Кассеты СВП
Определим расходы.
Проверим, выполняется ли баланс расходов
-выполняется.
Вычислим расхождения между расходами в предыдущей и последующей итерациях выраженное в процентах: ; ;
; .
Так как значения расходов во втором и первом приближении отличаются меньше чем на 0,5%, то можно продолжать вычисления с полученными во втором приближении значениями.
Потери давления в активной зоне:
Определение потерь давления на петле
Горячая ветка: Давление и температура теплоносителя на горячей ветке: t=313[C°]
Р= 15,291 МПА
Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина
;
; .
Запишем уравнение Бернулли для сечений 4 и 3: , учитывая, что V3 и V4 равны, получим: .
Расход на горячей ветке
.
Число Рейнольдса на горячей ветке:
где .
Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе:
, Парогенератор: Давление и средняя температура в парогенераторе: t=2990 C
P=15,150 МПА
Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина: ; ;
.
Расход через парогенератор
Расход через одну трубку парогенератора
Число Рейнольдса в трубке парогенератора где , - динамическая вязкость теплоносителя в парогенераторе.
Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе:
Длина трубки парогенератора: .
.
Холодная ветка: Давление и средняя температура на холодной ветке: t=2850 C
P=15,109 МПА
Для этих параметров определим значения плотности и динамической вязкости, используя таблицу Ривкина: ; ;
.
Запишем уравнение Бернулли для сечений 1 и 2: , учитывая что V1 и V2 равны, получим: .
Расход на холодной ветке
.
Число Рейнольдса на холодной ветке
Коэффициент сопротивления трения рассчитаем по формуле Никурадзе: .
Суммарные потери давления:
Расчет мощности ГЦН: . циркуляционный насос реактор теплоноситель
