Cpctfa - calculative program to check thermal-hydraulics in fuel assemblies - код поверочного детерминистического расчёта теплогидравлики В ТВС (стр. 3 )

Из таблицы 3 видно, что в режимах с отсутствием кипения расчётные температуры не выходят за коридор ±5 0С по отношению к измеренным значениям температуры, а в режимах с кипением находятся внутри коридора ±8 0С.

2.4. Сопоставление расчётов температуры твэла, установленного в трубе технологического канала, с результатами измерений в проточном экспериментальном реакторе АИ

Эксперименты проводились в проточном экспериментальном реакторе АИ со стандартным твэлом типа А9, имеющим топливный сердечник из металлического урана естественного состава диаметром 34 мм и высотой 100 мм, и оболочку из алюминиевого сплава толщиной 1 мм. Опытная сборка состояла из двух твэлов, приваренных друг к другу по торцам. Верхний твэл имел отверстие по оси сердечника до его центра диаметром 0,8 мм, в которое вводилась микротермопара. В оболочку по середине твэла зачеканивалась микротермопара в паз глубиной 0,7 мм. Сборка опускалась в трубу технологического канала (ТК) на проводах-электродах и устанавливалась на опорную «подушку» из авиалевых опорных блочков по центру активной зоны реактора АИ.

Отметим, что при равной мощности реактора и параметрах воды было проведено несколько загрузок сборки с разной установкой её по азимуту. При этом показания термопары на боковой поверхности оболочки экспериментального твэла менялись в пределах не более 1-2 0С, тогда как погрешность измерения оценивалась ±0,5 0С. Эти данные указывают на то, что при некоторой (по-видимому, минимальной) мощности реактора опорные блочки обеспечивали сборке достаточно жёсткую центровку в канале ТК. Т. е. прижатия твэла к двум рёбрам трубы ТК (показанного на рис. 7) в этих тестовых опытах не было.

Рис. 7. Схема расположения твэла в трубе ТК с прижатием его к двум рёбрам (максимальный эксцентриситет). r1 = 18 мм – радиус наружной оболочки твэла, r2 = 19,3 мм – радиус трубы ТК по ребрам, hр = 1,2 мм – высота ребра, δr – эксцентриситет, ε = δr/(r2 + hр - r1) – относительный эксцентриситет.

Опыты проводились в стационарных режимах реактора АИ с постепенным (ступенчатым) увеличением его мощности от минимальной до максимальной. Здесь важно обратить внимание на то, что обтекание сборки, установленной в трубе ТК, не являлось симметричным, ибо провод-электрод от термопары, измеряющей температуру оболочки, вносил несимметричное возмущение в поток. Поэтому на стороне сборки, на которой установлена термопара, воздействия потока на сборку превышали аналогичные на противоположной стороне, а, в результате, чем дольше сборка находилась в трубе ТК, чем значительнее становилось ее смещение в сторону от термопары (вплоть до прижатия оболочки твэла к двум рёбрам трубы ТК).

Заметим, что когда в трубе ТК происходит прижатие твэла к двум рёбрам, то температура оболочки между двумя рёбрами резко возрастает и даже возможен режим с кипеним теплоносителя. На это указывают результаты осмотра твэлов: на поверхности оболочки разгруженных твэлов иногда наблюдались пятна накипи ржаво-коричневого цвета, локализованные на одной пятой боковой поверхности оболочки между следами отпечатков двух рёбер. Если приведенные соображения справедливы, то термопарой измерялась в опытах температура оболочки твэла на стороне, максимально удаленной от внутренней стенки трубы ТК (φ = 180 град. на рис. 7). Температура наружной поверхности оболочки твэла определялась с учётом поправки на глубину зачеканки термопары в оболочку. Температура воды в опытах на входе в трубу ТК составляла ~ 5 0С, расход воды через трубу ТК изменялся мало и равнялся примерно 7,8 м3/час; Nтвэла - мощность, выделяемая в твэле, оценивалась экспериментаторами расчётом по тепловому балансу.

В таблице 4 приведены результаты сопоставления рассчитанных температур по CPCTFA и измеренных в опытах в проточном реакторе АИ (ПО «Маяк», 1968 г.). В расчётах минимальная величина относительного эксцентриситета ε принималась равной 0,1 (ибо технически невозможно было в опытах обеспечить центровку сборки с меньшим эксцентриситетом), а максимальная величина ε равнялась 0,99 (прижатие твэла к двум рёбрам); ε определялась косвенно по условию попадания расчётных температур внутрь коридора погрешности измеренных температур (см. опыт 3 в табл. 4).

В таблице 4 приняты обозначения: Т0,Т1 – опытные данные по температуре, соответственно, в центре топливного сердечника и на наружной поверхности оболочки твэла (при φ = 180 град.); Т0р, Т1р – аналогичные расчётные температуры; ΔТ0 = Т0р – Т0; ΔТ1 = Т1р – Т1; ε = δr/(r2 + hр - r1) – относительный эксцентриситет (r2 = 19,3 мм, hр = 1,2 мм, r1 = 18 мм).

Таблица 4

Сопоставление расчётных температур (0С) твэла типа А9, установленного в трубе ТК проточного реактора АИ, с измеренными в опытах на ПО «Маяк» (1968 г.)

№ опыта	Nтвэла, КВт;	Т-ра в центре твэла	Т-ра оболочки
опыт	расчёт
φ=180	φ=180	φ= 0
опыт	расчёт	ε	Т0	Т0р	ΔТ0	Т1	Т1р	ΔТ1	Т1р
1	4,2±0,3 (3,9÷4,5)	4,2	0,1	150±4	154	+4	23,7±0,5	23,3	-0,4	24,4
4,2	0,2	154	+4	23,2	-0,5	24,8
2	8,2±0,5 (7,7÷8,7)	8,4	0,2	285±4	289	+4	41,0±0,5	40,6	-0,4	43,4
8,4	0,25	289	+4	40,5	-0,5	43,8
3	12,0±0,6 (11,4÷12,6)	11,7	0,6	390±4	389	-1	52,5±0,5	54,0	+1,5	60,8
11,7	0,75	390	0	53,3	+0,8	67,1
11,7	0,9	394	+4	53,1	+0,6	80,5
11,7	0,95	396	+6	53,0	+0,5	90,1
11,6	0,95	393	+3	52,6	+0,1	89,7
4	15,4±0,8 (14,6÷16,2)	14,6	0,99	480±4	478	-2	63,0±0,5	63,6	+0,6	101,8
14,5	0,99	475	-5	63,3	+0,3	101,4
5	18,4±0,9	16,9	0,99	542±4	539	-3	69,0±0,5	72,3	+3,3	108
6	21,6±1,0	19,4	0,99	605±4	603	-2	76,0±0,5	81,6	+5,6	108
7	24,5±1,2	22,2	0,99	675±4	672	-3	81,0±0,5	91,8	+10,8	108

Из таблицы 4 видно, что для опытов 1-4 при значениях эксцентриситета ε = (0,1; 0,25; 0,95; 0,99) расчётные значения температуры топлива и оболочки твэла, а также его мощности не выходят за границы погрешностей, оцененных экспериментаторами. А вот в опытах 5-7 ситуация другая: при наличии согласия по температуре в центре топливного сердечника, расчётные значения мощности твэла меньше оценок экспериментаторов, а расчётная температура оболочки твэла больше оцененной экспериментаторами с учетом поправки на глубину зачеканки термопары. По-видимому, причина этого в том, что в опытах 5-7 при прижатии твэла к двум рёбрам (ε = 0,99) имел место режим с поверхностным кипением (по расчёту, Т1рφ=0 ≈ Ts = 108 0C). Обнаружить его экспериментаторы не могли, т. к. температура оболочки измерялась ими только в одной точке (при φ=180). Поэтому в опытах 5-7, оценивая мощность твэла по тепловому балансу, они не учитывали наличие кипения воды на одной пятой боковой поверхности оболочки между двух рёбер трубы ТК. По-видимому, эффект воздействия локальных горячих струй из зоны с кипением воды на показания термопары, измеряющей температуру воды на выходе ТК, воспринимался ими не как локальный, а как интегральный, т. е. относящийся к средней температуре теплоносителя во всём сечении потока; это и привело к завышенным оценкам мощности твэла в режимах 5-7. Такое объяснение, по-видимому, правомочно, поскольку при отсутствии кипения (опыты 1-4) расчётные значения температуры и мощности твэла строго лежат внутри коридора погрешностей, оцененных экспериментаторами.