Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом
С использованием решения геометрической обратной сопряженной задачи теплопереноса выполнена оптимизация ширины вентиляционного канала контейнера хранения отработанного ядерного топлива. Выработаны рекомендации по выбору этого параметра при изготовлении контейнеров для хранения отработавших топливных...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141865 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом / С.В. Алёхина, В.Н. Голощапов, А.О. Костиков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 6. — С. 23-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141865 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Алёхина, С.В. Голощапов, В.Н. Костиков, А.О. 2018-09-15T10:17:22Z 2018-09-15T10:17:22Z 2011 Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом / С.В. Алёхина, В.Н. Голощапов, А.О. Костиков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 6. — С. 23-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141865 536.24 С использованием решения геометрической обратной сопряженной задачи теплопереноса выполнена оптимизация ширины вентиляционного канала контейнера хранения отработанного ядерного топлива. Выработаны рекомендации по выбору этого параметра при изготовлении контейнеров для хранения отработавших топливных сборок с повышенной глубиной выгорания. З використанням розв’язання геометричної оберненої спряженої задачі теплопереносу виконана оптимізація ширини вентиляційного каналу контейнера зберігання відпрацьованого ядерного палива. Вироблені рекомендації з вибору цього параметра при виготовленні контейнерів для зберігання відпрацьованих паливних збірок з підвищеним ступенем вигоряння. The width of air cooling duct of cask of spent fuel is optimized using the solving the geometric inverse conjugated heat transfer problem. The advices on choosing this parameter for producing the cask for spent fuel assembly with increased burn-up fraction are formulated ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Теплопередача в машиностроительных конструкциях Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом Optimization of the width of air cooling duct of spent fuel cask Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| spellingShingle |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом Алёхина, С.В. Голощапов, В.Н. Костиков, А.О. Теплопередача в машиностроительных конструкциях |
| title_short |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| title_full |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| title_fullStr |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| title_full_unstemmed |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| title_sort |
оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом |
| author |
Алёхина, С.В. Голощапов, В.Н. Костиков, А.О. |
| author_facet |
Алёхина, С.В. Голощапов, В.Н. Костиков, А.О. |
| topic |
Теплопередача в машиностроительных конструкциях |
| topic_facet |
Теплопередача в машиностроительных конструкциях |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы машиностроения |
| publisher |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Optimization of the width of air cooling duct of spent fuel cask |
| description |
С использованием решения геометрической обратной сопряженной задачи теплопереноса выполнена оптимизация ширины вентиляционного канала контейнера хранения отработанного ядерного топлива. Выработаны рекомендации по выбору этого параметра при изготовлении контейнеров для хранения отработавших топливных сборок с повышенной глубиной выгорания.
З використанням розв’язання геометричної оберненої спряженої задачі теплопереносу виконана оптимізація ширини вентиляційного каналу контейнера зберігання відпрацьованого ядерного палива. Вироблені рекомендації з вибору цього параметра при виготовленні контейнерів для зберігання відпрацьованих паливних збірок з підвищеним ступенем вигоряння.
The width of air cooling duct of cask of spent fuel is optimized using the solving the geometric inverse conjugated heat transfer problem. The advices on choosing this parameter for producing the cask for spent fuel assembly with increased burn-up fraction are formulated
|
| issn |
0131-2928 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141865 |
| citation_txt |
Оптимизация ширины вентиляционного тракта контейнера с отработанным ядерным топливом / С.В. Алёхина, В.Н. Голощапов, А.О. Костиков // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 6. — С. 23-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT alehinasv optimizaciâširinyventilâcionnogotraktakonteinerasotrabotannymâdernymtoplivom AT goloŝapovvn optimizaciâširinyventilâcionnogotraktakonteinerasotrabotannymâdernymtoplivom AT kostikovao optimizaciâširinyventilâcionnogotraktakonteinerasotrabotannymâdernymtoplivom AT alehinasv optimizationofthewidthofaircoolingductofspentfuelcask AT goloŝapovvn optimizationofthewidthofaircoolingductofspentfuelcask AT kostikovao optimizationofthewidthofaircoolingductofspentfuelcask |
| first_indexed |
2025-11-25T23:55:16Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:55:16Z |
| _version_ |
1850583939714908160 |
| fulltext |
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 23
УДК 536.24
С. В. Алёхина, канд. техн. наук
В. Н. Голощапов, канд. техн. наук
А. О. Костиков, д-р техн. наук
Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины
(г. Харьков, e-mail: kostikov@ipmach.kharkov.ua)
ОПТИМИЗАЦИЯ ШИРИНЫ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ТРАКТА
КОНТЕЙНЕРА С ОТРАБОТАННЫМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ
С использованием решения геометрической обратной сопряженной задачи теплопере-
носа выполнена оптимизация ширины вентиляционного канала контейнера хранения
отработанного ядерного топлива. Выработаны рекомендации по выбору этого пара-
метра при изготовлении контейнеров для хранения отработавших топливных сборок с
повышенной глубиной выгорания.
З використанням розв’язання геометричної оберненої спряженої задачі теплопереносу
виконана оптимізація ширини вентиляційного каналу контейнера зберігання відпрацьо-
ваного ядерного палива. Вироблені рекомендації з вибору цього параметра при виготов-
ленні контейнерів для зберігання відпрацьованих паливних збірок з підвищеним ступенем
вигоряння.
Введение
Одним из широко распространѐнных в мире способов хранения отработанного ядер-
ного топлива (ОЯТ) и одним из эффективных как с экологической точки зрения, так и с точ-
ки зрения капитальных вложений и расходов на эксплуатацию является сухое хранение от-
работанного топлива. В этом случае ОЯТ хранится в герметичных металлических корзинах,
заполненных инертным газом, которые, в свою очередь, помещаются в металлический или
бетонный контейнер, предотвращающий механическое повреждение корзины и служащий
дополнительным барьером радиационной защиты [1]. Контейнеры могут размещаться как на
открытых площадках, так и в специальных зданиях-хранилищах. При этом теплота, выделя-
емая ОЯТ, отводится в окружающее пространство путѐм воздушной конвекции за счѐт есте-
ственной тяги в вентиляционных каналах либо принудительно в результате работы вентиля-
ционных систем.
Основной целью любого хранилища ОЯТ является исключение радиационного за-
грязнения окружающей среды и предотвращение облучения обслуживающего персонала.
Для этого необходимо, прежде всего, обеспечить невозможность разгерметизации оболочек
отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), размещѐнных в корзине хранения, и само-
го корпуса корзины. Если учесть тот факт, что механическое повреждение оболочек при
нормальных условиях эксплуатации хранилища и большинстве внештатных ситуаций мало-
вероятно, то основополагающим фактором, который может привести к разгерметизации
ОТВС, являются их тепловые деформации вследствие высокого нагрева за счѐт остаточного
тепловыделения ОЯТ.
Судя по опыту эксплуатации сухого хранилища ОЯТ на Запорожской АЭС, для при-
станционных хранилищ украинских АЭС будет характерна концентрация большого числа
контейнеров на малых площадях (так, первая очередь СХОЯТ Запорожской АЭС содержит
100 контейнеров на площадке в 11904 м
2
[2]). Данное обстоятельство может привести к
уменьшению отвода тепла от ОТВС, расположенных в контейнерах хранения и, как след-
ствие, к увеличению их температуры и разгерметизации. Кроме того, в связи с глобальным
потеплением меняются климатические условия на территории Украины. Так, в г. Энергодар
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 24
температура воздуха на уровне 37–40С
может держаться на протяжении несколь-
ких недель, что уже не является кратко-
временным экстремальным воздействием,
как это предполагалось на этапе проекти-
рования СХОЯТ. Поэтому задача обеспе-
чения приемлемого теплового режима
хранения ОТВС в сухих хранилищах –
одна из основных задач экологической
безопасности на протяжении всего срока
хранения.
Постановка задачи
Первым и на сегодняшний день
единственным хранилищем ОЯТ на тер-
ритории Украины является сухое храни-
лище ОЯТ (СХОЯТ) на Запорожской АЭС
[2], которое было введено в эксплуатацию
в 2001 г. В нѐм используются отечествен-
ные контейнеры, прототипом которых
служат американские контейнеры
VSC-24. Схематическое устройство тако-
го контейнера изображено на рис. 1. В
каждом контейнере хранится 24 ОТВС,
которые вертикально помещаются в ше-
стигранные трубные чехлы (направляю-
щие трубы), являющиеся конструктивны-
ми элементами цилиндрической герме-
тичной корзины. Она заполнена гелием,
что обеспечивает сухую, инертную, теп-
лопередающую среду в течение всего пе-
риода хранения. Корзина размещается в
бетонном контейнере. При этом между еѐ
корпусом и боковой стенкой контейнера образуется вентиляционный кольцевой канал, в ко-
тором происходит передача тепла от стенки корзины к воздуху и за счѐт естественной тяги
тепло выводится из контейнера в окружающее пространство. Контейнеры с ОЯТ хранятся на
специальной открытой площадке, расположенной на территории АЭС.
Для ОТВС реактора ВВЭР-1000, которые хранятся на СХОЯТ Запорожской АЭС, в
проектных документах принято максимально допустимое значение температуры оболочек
тепловыделяющих элементов 350 С при нормальном режиме длительного сухого хранения
в гелиевой среде и 450 С для кратковременных переходных режимов и экстремальных по-
годных воздействий (температура наружного воздуха равна 40 С) [3].
Для прогнозирования теплового состояния ОТВС на этапе проектирования храни-
лища ОЯТ невозможно обойтись без привлечения методов математического моделирования.
Следует отметить, что система «ОТВС – гелий – корзина хранения – вентиляционный воз-
дух – корпус контейнера – окружающая среда» является достаточно сложной с тепловой
точки зрения. В ней задействованы все три механизма передачи тепла: кондуктивный, кон-
вективный и лучистый. Все эти процессы происходят в объекте достаточно сложной про-
странственной формы при наличии большого количества факторов, оказывающих внутрен-
нее и внешнее воздействие на данную систему: начальная мощность тепловыделения ОТВС
при их отправке на хранение, изменение мощности тепловыделения в процессе хранения,
разнообразное воздействие погодных условий (изменение температуры окружающего воз-
Рис. 1. Структура контейнера хранения ОЯТ:
1 – вентиляционный кольцевой канал; 2 – выходной
канал; 3 – ОТВС; 4– направляющие трубы; 5 – кор-
пус герметичной корзины; 6 – корпус контейнера;
7 – входные каналы для охлаждающего воздуха
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 25
духа, ветровая нагрузка, солнечная радиация, осадки). Поэтому для полноценного решения
задачи теплового состояния ОТВС в процессе их хранения необходимо привлекать совре-
менный инструментарий математического моделирования тепловых процессов, в частности,
CFD-пакеты (FLOWORKS, ANSYS, FLUENT, PHOENICS, STAR-CD,
COSMOSWorks/FlowWorks и др.) [4–7]. Кроме того, как показала практика при выполнении
работ, связанных с исследованием тепловых процессов при сухом хранении ОЯТ, ряд иссле-
дований невозможно выполнить без использования инструментария обратных задач, в том
числе и обратных сопряжѐнных задача теплопереноса.
Помимо предсказания теплового состояния на этапе проектирования для обеспече-
ния экологической безопасности в процессе эксплуатации хранилищ ОЯТ также необходимо
проводить мониторинг теплового состояния ОТВС. В силу особенностей конструкции кон-
тейнера и ОТВС выполнять непосредственный мониторинг теплового состояния оболочек
тепловыделяющих элементов не представляется возможным. Так, единственный тепловой
параметр, который измеряется в процессе эксплуатации СХОЯТ на Запорожской АЭС, – это
температура воздуха на выходе из вентиляционных каналов контейнера, которая является
косвенным результатом проявлением тепловых процессов, происходящих внутри корзины
хранения. Поэтому для идентификации теплового состояния ОТВС, хранящихся в контейне-
рах, в процессе эксплуатации сухого хранилища целесообразно использовать инструмента-
рий обратных задач.
Таким образом, для обеспечения экологической безопасности сухого хранения ОЯТ
необходимо широкомасштабное привлечение аппарата моделирования, идентификации и
оптимизации тепловых процессов как на этапе проектирования хранилищ, так и на этапе их
эксплуатации. В настоящее время в различных странах проводятся исследования, связанные
с моделированием теплового состояния ОТВС в процессе их сухого хранения, в том числе и
при помощи решения сопряжѐнных задач теплопереноса [6 – 16 и др.]. Вместе с тем доволь-
но много проблем ещѐ остаются актуальными. В частности, начиная с 2003 г. на Запорож-
ской АЭС стали применяться тепловыделяющие сборки альтернативной конструкции с
бóльшим максимальным начальным обогащением [17] и соответственно с бóльшим оста-
точным тепловыделением, хранение которых в СХОЯТ не предусмотрено разработчиками
контейнеров. В связи с этим возникает проблема обеспечения их безопасного хранения, ко-
торая помимо всего прочего включает и исследования теплового состояния контейнера хра-
нения с более высокой по сравнению с проектной интенсивностью тепловыделения ОЯТ.
Так как тепловыделение ОТВС уменьшается в процессе их хранения за счѐт полураспада
продуктов деления (рис. 2), а математическая модель, как отмечалось в [18, 19], является
квазистационарной, то для определения приемлемых с точки зрения непревышения макси-
мально допустимой температуры вариантов размещения достаточно рассмотреть лишь мо-
мент времени, соответствующий началу хранения ОЯТ. Как было показано в работе [8], в
СХОЯТ Запорожской АЭС взаимное тепловое влияние контейнеров хранения либо незначи-
тельно, либо его можно свести к изменению граничных условий при моделировании отдель-
но стоящего контейнера. Поэтому в данной
работе рассматривается отдельный контей-
нер хранения.
Так как охлаждение корзины хра-
нения происходит прежде всего за счѐт
движения воздуха по вентиляционным ка-
налам (см. рис. 1) за счѐт естественной тя-
ги, то скорость движения воздуха (а следо-
вательно, и интенсивность теплообмена)
при неизменном тепловыделении в корзине
зависит прежде всего от гидравлического
сопротивления вентиляционного тракта.
Очевидно, что изменение геометрических
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 лет
кВт
1
2
Рис. 2. Изменение интенсивности
тепловыделения ОТВС в ходе хранения,
начиная с момента выгрузки из реактора:
1 – ОТВС-А; 2 – ОТВС
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 26
размеров вентиляционных каналов контейнера хранения ОЯТ приводит к изменению их
гидравлических сопротивлений и, следовательно, к изменению условий охлаждения корзи-
ны с ОТВС. Существующие размеры вентиляционных каналов определялись их разработчи-
ками на этапе проектирования с учѐтом данных по теплофизическим свойствам, приведен-
ным в [3]. В то же время проведенные нами исследования [20] позволили уточнить эквива-
лентную теплопроводность корзины хранения. Кроме того, в силу перехода СХОЯТ Запо-
рожской АЭС на хранение ОТВС-А тепловое состояние корзины хранения изменяется по
сравнению с вариантом хранения традиционных ОТВС. Все эти обстоятельства приводят к
целесообразности проверки – являются ли существующие геометрические размеры каналов
охлаждения наилучшими с точки зрения максимального охлаждения хранящихся в нѐм
ОТВС.
Методика решения
Задача определения геометрических размеров каналов охлаждения, исходя из усло-
вия наилучшего охлаждения ОТВС, относится к классу обратных сопряженных задач теп-
лобмена оптимального проектирования [21]. В качестве критерия оптимальности здесь вы-
ступает условие минимизации максимальной температуры в корзине хранения. Как уже от-
мечалось выше, вследствие уменьшения в процессе хранения мощности тепловыделения
ОТВС задачу минимизации максимальной температуры достаточно рассмотреть лишь в мо-
мент времени, соответствующий началу хранения ОЯТ.
В силу того, что геометрические размеры корзины определяются компоновкой хра-
нящихся в ней ОТВС, еѐ размеры в процессе решения данной задачи менять нецелесообраз-
но. Таким образом, единственный геометрический размер
кольцевого вентиляционного канала, которым можно ва-
рьировать в задаче оптимального проектирования, – это
его наружный диаметр, который определяется внутренним
диаметром боковой стенки контейнера. Иными словами,
изменяется ширина кольцевого канала h при неизменном
радиусе корзины хранения ОТВС. Для того чтобы при из-
менении размера кольцевого канала входные и выходные
вентиляционные каналы не создавали больших гидравли-
ческих сопротивлений, их проходное сечение также необ-
ходимо изменять пропорционально проходному сечению
кольцевого канала.
Прямая сопряжѐнная задача теплопереноса, кото-
рая решалась многократно в процессе минимизации целе-
вого функционала, рассматривалась в двухмерной осе-
симметричной постановке с упрощѐнной геометрической
моделью (рис. 3), в которой вместо подробной структуры
корзины хранения используется однородное изотропное
твѐрдое тело с эквивалентной теплопроводностью э. В
качестве эквивалентной теплопроводности корзины хра-
нения задавались значения, полученные в результате про-
веденных нами расчѐтных исследований [20]. Входные и
выходные каналы достаточно сложной формы были заме-
нены прямыми каналами с эквивалентным гидравличе-
ским сопротивлением.
В основе используемой математической модели
сопряжѐнного теплообмена, которая подробно описана в
[18, 19], лежат
- уравнение неразрывности;
- уравнения движения Навье–Стокса, осреднѐнные по
Рейнольдсу;
.
z
x
1
2
3
4
5 6
7
П1
П2
П3
П4
Рис. 3. Упрощенная
геометрическая модель
контейнера хранения ОЯТ:
1 – входной вентиляционный ка-
нал; 2 – железобетонные кон-
струкции контейнера; 3 – кольце-
вой вентиляционный канал; 4 –
стальная обечайка стенки контей-
нера;
5 – выходной вентиляционный
канал; 6 – корзина с ОЯТ; 7 – зона
топлива в пределах корзины
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 27
- уравнения энергии и теплопроводнсти;
- дифференциальные уравнения модели турбулентности, в качестве которой рассматрива-
лась k--модель;
- уравнения, описывающие лучистый теплообмен согласно закону Стефана–Больцмана.
На границе расчѐтной области задавались следующие граничные условия:
- на участке П2 (см. рис. 3) атмосферное давление и температура воздуха
p|П2 = 101300 Па,
T|П2 = Tа;
- участки П1 и П3 – теплоизолированные стенки, то есть теплоотводом через крышку кон-
тейнера и плиту-основание, на которой установлен контейнер, пренебрегли;
- участок П4 – ось симметрии.
Температура наружного воздуха принималась равной 40 С при нулевой скорости
ветра (штиль), то есть рассматривался самый неблагоприятный случай погодных условий.
Минимизация целевого функционала осуществлялась путѐм его интерполирования между
узловыми точками, каждая из которых соответствовала одной решѐнной прямой сопряжѐн-
ной задаче теплопереноса, с последующим нахождением минимума интерполирующего по-
линома Ньютона.
Результаты расчётов
В табл. 1 и 2 для каждой рассмотренной узловой точки приведены значения оптими-
зируемого параметра h, целевого функционала J (максимальная температура в корзине хра-
нения), а также ряда других параметров (скорость v и температура Tв воздуха на выходе из
вентиляционного тракта, массовый расход воздуха m).
Таблица 1. Влияние ширины кольцевого канала на теплофизические параметры
контейнера хранения ОЯТ (начало хранения ОТВС после 5-летней выдержкив бассейне)
h, мм J = maxT, C v, м/c Tв, C m, кг/с
40 286,5 0,429 89,8 0,294
50 282,4 0,510 80,0 0,371
60 281,8 0,582 72,9 0,438
70 282,0 0,638 66,3 0,497
80 283,6 0,697 64,2 0,550
90 284,7 0,743 61,4 0,595
100 285,6 0,782 59,2 0,634
Таблица 2. Влияние ширины кольцевого канала на теплофизические параметры
контейнера хранения ОЯТ (начало хранения ОТВС-А после 7-летней выдержки в бассейне)
h, мм J = maxT, C v, м/c Tв, C m, кг/с
40 304,5 0,447 94,3 0,330
50 300,2 0,531 83,7 0,382
60 299,6 0,605 76,1 0,452
70 299,9 0,664 69,3 0,512
80 301,6 0,724 66,7 0,567
90 302,8 0,771 63,7 0,613
100 303,8 0,811 61,5 0,652
Графическое изображение зависимости максимальной температуры в корзине хра-
нения от ширины кольцевого канала приведено на рис. 4. В результате минимизации интер-
полирующих многочленов получены следующие значения оптимальной ширины кольцевого
канала: в случае хранения ОТВС h
*
= 59,5 мм, в случае хранения ОТВС-А h
*
= 59,1 мм. Из
рис. 4 также видно, что небольшие отклонения (в пределах 12 мм) ширины кольцевого ка-
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 28
нала от оптимальных значений не приводят к существенным изменениям максимальной
температуры (еѐ повышение находится в пределах 1 С). Таким образом, можно сделать вы-
вод, что любое значение ширины кольцевого канала из диапазона 4871 мм является прием-
лемым с точки зрения безопасного хранения как ОТВС, так и ОТВС-А. В частности, при пе-
реходе на хранение ОТВС-А в СХОЯТ Запорожской АЭС можно не изменять геометриче-
ские размеры контейнера хранения (в настоящее время для ОТВС они изготавливаются с
h = 70 мм).
Выводы
Путѐм решения геометрической обратной сопряжѐнной задачи теплопереноса с ис-
пользованием интерполяционной зависимости целевого функционала от оптимизируемого
параметра определена оптимальная с точки зрения условия соблюдения безопасных тепло-
вых режимов хранения ширина вентиляционного канала контейнера хранения отработанно-
го ядерного топлива. Сформулированы рекомендации относительно выбора этого параметра
при изготовлении контейнеров для хранения на территории Запорожской АЭС ОТВС аль-
тернативной конструкции.
281
282
283
284
285
286
J, C
40 50 60 70 80 90 h, мм
а)
299
300
301
302
303
304
J, C
40 50 60 70 80 90 h, мм
б)
Рис. 4. Зависимость значения минимизируемого целевого функционала от ширины кольцевого
канала:
а) – хранение ОТВС; б) – хранение ОТВС-А;
– вычислительный эксперимент (табл. 1, 2); –––– – интерполяционная зависимость
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 6 29
Литература
1. Survey of wet and dry spent fuel storage: IAEA-TECDOC-1100 – International Atomic Energy Agency,
Vienna, 1999 – 103 p.
2. Официальный сайт Запорожской АЭС. Устройство и описание СХОЯТ [Электронный ресурс] –
Режим доступа: http://www.npp.zp.ua/snfs/description.
3. Отчет по анализу безопасности сухого хранилища отработавшего ядерного топлива Запорожской
АЭС. Версия 3.01.1 / ОП «Запорожская АЭС» – Инв. № 1526(3). –Энергодар, 2008 – 624 с.
4. Алямовский А. А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов /
А. А. Алямовский. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 432 с.
5. Каплун А. Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов,
М. А. Олферьева. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 272 с.
6. FLUENT Flow Modeling Software Product Brochure [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.fluent.com/software/fluent/PDF11004.pdf. – Название с экрана.
7. Rosten H. I. Shareware PHOENICS 1.4. Beginner’s Guide / H. I. Rosten, D. B. Spalding // CHAM TR
100. – London, 1993. – 118 p.
8. Альохіна С. В. Моделювання теплових процесів в елементах енергетичного обладнання ТЕС і АЕС
шляхом розв’язання спряжених задач теплообміну : Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Харьков,
2008. – 18 c.
9. Лозовецкий В. В. Технические аспекты промежуточных хранилищ ОЯТ и радиоактивных отходов /
В. В. Лозовецкий, С. Г. Шаронова // Атом. техника за рубежом. – 2003. – № 1 – С. 3–14
10. О новом поколении отечественных контейнеров для ОЯТ и РО / А. А. Зубков, Ю. К. Петреня,
В. Н. Фромзель и др. // Тр. НПО Центр. котлотурбин. ин-та КТИ. – 2002. – № 282. – С. 45–51.
11. Разработка и верификация комплекса программ для исследования температурного состояния и
осушения металлобетонного контейнера с отработавшим ядерным топливом / В. К. Ефимов,
М. Б. Иванов, В. О. Иванова, О. Д. Черный // Математические модели для исследования и обосно-
вания характеристик оборудования и ЯЭУ в целом при их создании и эксплуатации: Семинар сек-
ции динамики, Сосновый Бор , 18–22 сент., 2000. Тезисы докладов. – Гатчина, 2000. – С. 98–99.
12. COBRA-SFS: A Thermal-Hydraulic Analysis Code for Spent Fuel Storage and Transportation Casks.
Documentation for Cycle 2 / T. E. Michener, D. R. Rector, J. M. Cuta et al.. – Washington: Pacific
Northwest Laboratory Richland, 1995. – 346 p.
13. Dry storage of spent nuclear fuel. Fluent CFD examples [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.fluent.com/solutions/examples/x151.htm.
14. Kühne B. Die nächste CASTOR – Generation zur Entsorgunng der deutschen Kernkraftwerke / B. Kühne,
R. Gartz, A. Voβnacke // Jahrestagung Kerntechnik, 2003: Tagungsbericht, Berlin, 20-22 Mai, 2003.
Dtsch. Atomforum, Kerntechn. Ges. Berlin: INFORUM, 2003. – P. 221–224.
15. Poskas P. Thermal analysis of casks for interim storage of spent nuclear fuel / P. Poskas, V. Simonis,
R. Makarevicius // MECHANICS. – 1999. – № 2 (17). – P. 47–51.
16. Stratmann W. Calculation of heat removal from interim storage facilities for the dry storage of spent fuel
in dual-purpose casks / W. Stratmann, P. Hages // Intern. symposium on the packaging аnd transportation
of radioactive materials. Miami, Florida USA, 2004. – P. 45–46.
17. Депенчук А. А. Опыт эксплуатации ТВСА на Запорожской АЭС / А. А. Депенчук, Ю. А. Шишков,
О. С. Кабаков // Тр. Одес. политехн. ун-та. – Одесса, 2008. – Вып. 1 (29). – С. 23–29.
18. Решение сопряжѐнной задачи тепломассообмена при исследовании теплового состояния вентили-
руемого бетонного контейнера с отработавшим ядерным топливом / С. В. Алѐхина, В. Н. Голоща-
пов, А. О. Костиков, Ю. М. Мацевитый // Пробл. машиностроения. – 2005. – Т. 8, № 4. –
С. 12–20.
19. Исследование теплового состояния вентилируемого контейнера с отработавшим ядерным топли-
вом путем решения сопряженной задачи теплообмена / С. В. Алехина, В. Н. Голощапов,
А. О. Костиков, Ю. М. Мацевитый // VI Минский международный форум по тепло- и массообме-
ну, 19–23 мая 2008 г.: Тез. докл. и сообщ. – Минск, 2008. – Т. 1 – С. 185–186.
20. Определение эквивалентной теплопроводности многоместной герметичной корзины хранения от-
работавшего ядерного топлива путем решения обратной задачи / С. В. Алѐхина, В. А. Воронина,
В. М. Голощапов, А. О. Костиков / Ядерна та радіаційна безпека. – 2009. – Т. 12, № 4. – C. 48–51.
21. Мацевитый Ю. М. Обратные сопряженные задачи теплопереноса / Ю. М. Мацевитый, А. О. Кос-
тиков // Проблемы машиностроения. – 2007. – Т. 10, № 5. – С. 19–26.
Поступила в редакцию
13.12.12
|