Экспериментальное исследование теплогидравлических процессов в модели тепловыделяющих сборок с микротвэлами
Аннотация
Выполнены разработка конструкции рабочего участка (РУ) и модернизация гидравлического контура экспериментального стенда ТВС-МЭИ для исследования гидродинамики и теплообмена в тепловыделяющей сборке с микротвэлами. Технологические характеристики стенда соответствуют эксплуатационным параметрам установок с реакторами типа ВВЭР-1000 (давление — до 16 МПа, температура теплоносителя — до 350 оС). Внутреннее тепловыделение в засыпке металлических шариков обеспечено высокочастотным индукционным нагревом. Созданы технология уплотнения рабочего участка, выполненного из высокопрочной алундовой керамики, и специальное прижимное устройство для удержания засыпки. Тепловыделяющие сборки с микротвэлами по внешним геометрическим параметрам полностью соответствуют традиционным сборкам со стержневыми тепловыделяющими элементами.
Разработана технология монтажа, вывода и герметизации термопар (ТП) на рабочем участке. Проведены экспериментальные исследования по определению потерь давления и коэффициента гидравлического сопротивления цилиндрической шаровой засыпки при следующих режимных параметрах теплоносителя: P = 2…7 МПа, G = 0,05…0,50 кг/с. В ходе обработки выявлены и построены зависимости потерь давления от массовой скорости теплоносителя, а также гидравлического сопротивления засыпки шаровых элементов от числа Рейнольдса. Получены первые экспериментальные данные о распределении температуры внутри шаровой засыпки. Основная цель поставленных экспериментов заключалась в возможности нагрева данного рабочего участка выбранным методом.
Литература
2. Гребенник В.Н., Кухаркин Н.Е., Пономарев-Степной Н.Н. Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы — инновационное направление развития атомной энергетики. М.: Энергоатомиздат, 2008. С. 10—47.
3. Гольцев А.О., Кухаркин Н.Е., Мосевицкий И.С., Пономарев-Степной Н.Н. Концепция безопасного корпусного водо-водяного реактора с тепловыделяющими блоками на основе микротвэлов ВТГР // Атомная энергия. 1993. Т. 75. № 6. С. 417—423.
4. Ерохин Б.Т., Лозовецкий В.В. Моделирование тепловых и газодинамических процессов в пористых тепловыделяющих средах при двухфазном течении и кипении // Вестник МГУПИ. Серия «Машиностроение». 2014. № 55. C. 71—82.
5. Пелевин Ф.В., Лозовецкий В.В., Пономарев А.В. Безопасность энергодвигательной ядерной установки с шаровыми микротепловыделяющими элементами // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2017. № 3. C. 45—59.
6. Филиппов Г.А. и др. Оценка стойкости защитных покрытий микротвэлов в парогазовой среде при взаимодействии с конструкционными материалами // Атомная энергия. 2009. Т. 106. Вып. 3. С. 153—158.
7. Фонарев Б.И. и др. Возможные пути создания одноконтурного энергоблока АЭС с легководным теплоносителем сверхкритического давления и активной зоной на основе микротопливных элементов // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Обеспечение безопасности АЭС». 2011. Вып. 30. С. 146—158.
8. Авдеев А.А. и др. Гидродинамическое сопротивление при течении двухфазной смеси в шаровой засыпке // ТВТ. 2003. Т. 41. № 3. С. 432—438.
9. Xianke Meng, Zhongning Sun, Guangzhan Xu. Singlephase Convection Heat Transfer Characteristics of Pebblebed Channels with Internal Heat Generation // Nuclear Eng. and Design. 2012. V. 252. Рр. 121—127.
10. Богоявленский Р.С. Гидродинамика и теплообмен в высокотемпературных ядерных реакторах с шаровыми твэлами. М.: Атомиздат, 1978.
---
Для цитирования: Захаренков А.В., Тупотилов И.А., Журавлев К.В. Экспериментальное исследование теплогидравлических процессов в модели тепловыделяющих сборок с микротвэлами // Вестник МЭИ. 2021. № 3. С. 19—25. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-3-19-25.
#
1. Ponomarev-Stepnoy N.N. i dr. Perspektivy Razvitiya Mikrotvelov v VVER. Atomnaya Energiya. 1999;86;6:443—449. (in Russian).
2. Grebennik V.N., Kukharkin N.E., Ponomarev-Stepnoy N.N. Vysokotemperaturnye Gazookhlazhdaemye Reaktory — Innovatsionnoe Napravlenie Razvitiya Atomnoy Energetiki. M.: Energoatomizdat, 2008:10—47. (in Russian).
3. Gol'tsev A.O., Kukharkin N.E., Mosevitskiy I.S., Ponomarev-Stepnoy N.N. Kontseptsiya Bezopasnogo Korpusnogo Vodo-vodyanogo Reaktora Steplovydelyayushchimi Blokami na Osnove Mikrotvelov VTGR. Atomnaya Energiya. 1993;75;6:417—423. (in Russian).
4. Erokhin B.T., Lozovetskiy V.V. Modelirovanie Teplovykh i Gazodinamicheskikh Protsessov v Poristykh Teplovydelyayushchikh Sredakh pri Dvukhfaznom Techenii i Kipenii. Vestnik MGUPI. Seriya «Mashinostroenie». 2014;55:71—82. (in Russian).
5. Pelevin F.V., Lozovetskiy V.V., Ponomarev A.V. Bezopasnost' Energodvigatel'noy Yadernoy Ustanovki s Sharovymi Mikroteplovydelyayushchimi Elementami. Problemy Bezopasnosti i Chrezvychaynykh Situatsiy. 2017;3:45—59. (in Russian).
6. Filippov G.A. i dr. Otsenka Stoykosti Zashchitnykh Pokrytiy Mikrotvelov v Parogazovoy Srede pri Vzaimodeystvii s Konstruktsionnymi Materialami. Atomnaya Energiya. 2009;106:3:153—158. (in Russian).
7. Fonarev B.I. i dr. Vozmozhnye Puti Sozdaniya Odnokonturnogo Energobloka AES s Legkovodnym Teplonositelem Sverkhkriticheskogo Davleniya i Aktivnoy Zonoy na Osnove Mikrotoplivnykh Elementov. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Obespechenie Bezopasnosti AES». 2011;30:146—158. (in Russian).
8. Avdeev A.A. i dr. Gidrodinamicheskoe Soprotivlenie pri Techenii Dvukhfaznoy Smesi v Sharovoy Zasypke. TVT. 2003;41;3:432—438. (in Russian).
9. Xianke Meng, Zhongning Sun, Guangzhan Xu. Singlephase Convection Heat Transfer Characteristics of Pebblebed Channels with Internal Heat Generation. Nuclear Eng. and Design. 2012;252:121—127.
10. Bogoyavlenskiy R.S. Gidrodinamika i Teploobmen v Vysokotemperaturnykh Yadernykh Reaktorakh s Sharovymi Tvelami. M.: Atomizdat, 1978. (in Russian).
---
For citation: Zakharenkov A.V., Tupotilov I.A., Zhuravlev K.V. An Experimental Study of Thermohydraulic Processes in the Model of a Fuel Assembly with Micro Fuel Elements. Bulletin of MPEI. 2021;3:19—25. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-3-19-25.
