Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур
Приведена методика расчета теплотехнической надежности ТВЭЛа при импульсном, упенчатом и гармоническом воздействии. Подано методику розрахунку плотехнічної надійності ТВЕЛу при пульсному, ступеневому та рмонійному впливах. The method of heat engineering reliability calculation of fuel element at pul...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61607 |
| 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: | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур / Г.А. Сорокин, Т.В. Сорокина, Р.Р. Перимов // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 161-163. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859630856155430912 |
|---|---|
| author | Сорокин, Г.А. Сорокина, Т.В. Перимов, Р.Р. |
| author_facet | Сорокин, Г.А. Сорокина, Т.В. Перимов, Р.Р. |
| citation_txt | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур / Г.А. Сорокин, Т.В. Сорокина, Р.Р. Перимов // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 161-163. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Приведена методика расчета теплотехнической надежности ТВЭЛа при импульсном, упенчатом и гармоническом воздействии.
Подано методику розрахунку плотехнічної надійності ТВЕЛу при пульсному, ступеневому та рмонійному впливах.
The method of heat engineering reliability calculation of fuel element at pulse stepped and harmonic influences is presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:10:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
атомная энергетика
УДК.536.24
СОРОКИН Г.А.1, СОРОКИНА Т.В.2, ПЕРИМОВ Р .1
Институт ядерных исследований НАН Украины
Ин-ут технической теплофизики НАН Украины
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЙ
НАДЕЖНОСТИ ТВЭЛА ПРИ АЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ
ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУР
Подано методику розрахунку
плотехнічної надійності ТВЕЛу при
пульсному, ступеневому та
рмонійному впливах.
Приведена методика расчета
теплотехнической надежности ТВЭЛа
при импульсном, упенчатом и
гармоническом воздействии.
The method of heat engineering
reliability calculation of fuel element at
pulse stepped and harmonic influences is
presented.
− постоянные коэффициенты;
– константы интегрирования;
c - теп
N1, 2
q(t) – удельный тепловой в сечении
ТВЭЛа;
T – температура, °С;
λ – коэф ении
ТВЭЛа;
о – оболочка ТВЭЛа
п
.Р
1
2
Р
те
ім
га
ст
t − время, с;
Ф – функция Лапласа;
фициент теплопроводности в сеч
А
С
лоемкость в сечении ТВЭЛа, Дж/(кг⋅°С);
− корни характеристического уравнения;
поток ;
ред – максимальное значение;
у – ядерное топливо.
Введение
Наиболее распространенным элементом
активных зон ядерных реакторов являются
цилиндрические тепловы юделя щиеся элементы
(ТВЭЛы), которые в ссепроце эксплуатации
испытывают воздействие тепловых нагрузок,
из еняющихся со временем. Это может быть, м
например
Цель исследования
Данная работа посвящена теоретическому
исследованию теплотехнической надежности
ТВЭЛа при различных типах воздействий.
Объектом исследования выбраны тепловые
процессы, происходящие в ТВЭЛе при
ступенчатом изменении температуры в ТВЭЛе и, гармонически изменяющаяся
температура теплоносителя или тепловыделение в
топливе в виде кратковременных импульсов,
повторяющихся с определенным периодом и т. д.
Теплотехническая надежность − свойство ТВЭЛа
сохранять в течение заданного времени
нормальный теплоотвод не только в
стационарном режиме работы реактора, но и при
переходных процессах и в условиях случайных
отклонений параметров от проектных,
обусловленных теплотехническими
погрешностями изготовления и эксплуатации
реакторной установки в целом.
импульсном изменении температуры
теплоносителя.
Методы исследования
Оценка тепловой устойчивости и прочности
ТВЭЛа в заданных условиях имеет свою
специфику и может проводится следующим
образом.
Представим ТВЭЛ как систему, состоящую из
двух элементов − сердечника (ядерное топливо
из UO2) и оболочки (Zr), между которыми
происходит процесс обмена теплотой (рис.1).
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 163
атомная энергетика
Решение уравнения (2) найдем при помощи
квадратур из решения однородного уравнения при
На основе теплового баланса з
уравнений:
апишем систему
y
y
( )
( ) y ,
y
y
y y
o o
o
o
o
o o
( )
λ
( )( ) .
( )λ
s
s
dT t
dt
dr
c dT tq t
dT tdt
dr
⎡ ⎤
− ⋅
c dT
q t
⋅⎧
=⎪
⎪
t
⎢ ⎥⎪ ⎢ ⎥⎪ ⎣ ⎦
⎨
⋅⎪ =⎪ ⎡ ⎤⎪ − ⋅ ⎢ ⎥⎪ ⎣ ⎦⎩
(1)
В качестве граничных условий задаемся:
- равенством плотности теплового потока нулю в
центре сердечника;
- условиями сшивки на границах слоев;
- условиями третьего рода на внешней границе
ТВЭЛа.
Тогда с учетом этого, система (1) будет иметь
вид:
2
y y
1 2 y2
3 y 4
y
0 5
( ) ( )
( )
( ) ( );
( )
( ) ( ) ( ).
d T t dT t
A A T t
dtdt
A q t A T t
T t
T t A A T t A q t
⎧ ⎛ ⎞
6 y 7dt
+ ⋅ + ⋅ =⎪ ⎜ ⎟
⎪ ⎝ ⎠
⎪= ⋅ + ⋅⎨
⎪
⎪ = ⋅ + ⋅ − ⋅⎪⎩
(2)
следующих значениях yz и 0z :
y 0z z>
( ) ( );expexp)( 2,122,110 tNCtNCtT ⋅−⋅+⋅−⋅= (3)
y 0z z=
( ) ( );exp)( 2,1430 tNtCCtT ⋅−⋅⋅+= (4)
y 0z z<
( )1
0( ) exp
2
AT t
t
⎛ ⎞= − ⋅⎜ ⎟
⎝ ⎠
5 6cosβ sinβ ,C t C t⋅ + ⋅ (5)
где
1
2 2
2 .A1
1, 2 2 2
A AN 1
⎡ ⎤⎞ −⎛= ± ⎢ ⎥⎟
⎠
⎜
⎝⎢ ⎥⎣ ⎦
(6)
Из уравнений (3) и (5) следует, что в
зависимости от правильности выбора
соотношения между yz и z , т.е. правильности 0
конструирования ТВЭЛа, возможны различные
тепловые переходные процессы в ТВЭЛе.
Основным параметром, определяющим
работоспособность ТВЭЛа, будет являться
максимально допустимая температура оболочки
T0
пред, причем теплотехническая надежность
ТВЭЛа обеспечивается при выполнении условия:
пред max
0 0( ) ( ) 0f t T T t⎡ ⎤= − >⎣ ⎦ , (7)
Поскольку температура T(t)0 является
случайной величиной, разброс которой около
T0
пред характеризуется дисперсией σ2 T (ti), а закон
изменения зависимости f(t) является нормальным
вследствие норм ы T (t)0
пред, то альности величин
вероятность события f(t) > 0 найдем из выражения
пред
0 0
2
( )( ) 0.5 0
σ ( )i
T T tf t
T t
⎡ ⎤−
= + Φ >⎢ ⎥
⎣ ⎦
, (8)
где
2
0
1( ) exp( ) .
22 π
U tU dtΦ = ⋅
⋅ ∫ (9)
Обсуждение резуль татов
В результате моделирования были получены
следующие результаты. На рис. 2 и 3 представле-
Рис. 1. Поперечный разре
з ТВЭЛа.
162 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
атомная энергетика
ны рассчитанные тепловые процессы, происходя-
щие в ТВЭЛе при ступенчатом изменении во вре-
мени температуры в ТВЭЛе и импульсном изме-
нении температуры теплоносителя при различных
значениях yz и 0z . Видно, что в переходных ре-
жимах температура оболочки ТВЭЛа может пре-
вышать при определенных условиях максимально
предельную температуру пред
0T .
Выводы
Проведенное теоретическое исследование дает
возможность, зная величину 0)(tT , полученную
по формулам (3) и (5), рассчитать теплотехниче-
скую надежность ТВЭЛа при импульсном, сту-
пенчатом и гармоническом воздействии, напри-
мер, при изменении температуры теплоносителя
или объемном энерговыделении в топливе.
Получено 04.11.2004 г.
Р
ом воздействии.
ис. 3. Теплотехническая надежность ТВЭЛа
при импульсном воздействии.
Рис. 2. Теплотехническая надежность
ТВЭЛа при ступенчат
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 163
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61607 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:10:43Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сорокин, Г.А. Сорокина, Т.В. Перимов, Р.Р. 2014-05-08T08:14:21Z 2014-05-08T08:14:21Z 2004 Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур / Г.А. Сорокин, Т.В. Сорокина, Р.Р. Перимов // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 161-163. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61607 536.24 Приведена методика расчета теплотехнической надежности ТВЭЛа при импульсном, упенчатом и гармоническом воздействии. Подано методику розрахунку плотехнічної надійності ТВЕЛу при пульсному, ступеневому та рмонійному впливах. The method of heat engineering reliability calculation of fuel element at pulse stepped and harmonic influences is presented. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Атомная энергетика Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур Modelling of heat engineering reliability of fuel rod at different variants of energy-release and temperatures changings Article published earlier |
| spellingShingle | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур Сорокин, Г.А. Сорокина, Т.В. Перимов, Р.Р. Атомная энергетика |
| title | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| title_alt | Modelling of heat engineering reliability of fuel rod at different variants of energy-release and temperatures changings |
| title_full | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| title_fullStr | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| title_full_unstemmed | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| title_short | Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| title_sort | моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур |
| topic | Атомная энергетика |
| topic_facet | Атомная энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61607 |
| work_keys_str_mv | AT sorokinga modelirovanieteplotehničeskoinadežnostitvélaprirazličnyhvariantahizmeneniâénergovydeleniâitemperatur AT sorokinatv modelirovanieteplotehničeskoinadežnostitvélaprirazličnyhvariantahizmeneniâénergovydeleniâitemperatur AT perimovrr modelirovanieteplotehničeskoinadežnostitvélaprirazličnyhvariantahizmeneniâénergovydeleniâitemperatur AT sorokinga modellingofheatengineeringreliabilityoffuelrodatdifferentvariantsofenergyreleaseandtemperatureschangings AT sorokinatv modellingofheatengineeringreliabilityoffuelrodatdifferentvariantsofenergyreleaseandtemperatureschangings AT perimovrr modellingofheatengineeringreliabilityoffuelrodatdifferentvariantsofenergyreleaseandtemperatureschangings |