Cpctfa - calculative program to check thermal-hydraulics in fuel assemblies - код поверочного детерминистического расчёта теплогидравлики В ТВС (стр. 4 )

2.5. Расчёт теплогидравлики ТВС с жидкометаллическим охлаждением

Приведенный пример показывает результаты сопоставления расчётов по CPCTFA с экспериментальными данными по теплогидравлике, полученными на стенде ФЭИ с жидкометаллическим охлаждением сплавом (22% Na + 78% К) модельной ТВС из 25 имитаторов твэлов [7].

Схема поперечного сечения модельной ТВС показана на рис. 8. Имитаторы объединены в две группы таким образом, что в сечении ТВС сформировались две подзоны, содержащие: три ряда из 15 стержней диаметром d1=14 мм, упакованных с шагом S/d1=1,25, и два ряда из 10 стержней диаметром d2=12 мм, упакованных с шагом S/d2=1,34. Отношение между мощностями имитаторов твэлов в подзонах в пяти исследованных стационарных режимах равнялось: 1,35/2; 1,65/2; 2/2; 2/1,65; 2/1,35 (КВт/КВт).

IX - номер ряда

6 5 4 3 2 1 IY - номер строки

Рис. 8. Схема поперечного сечения модельной ТВС с двумя подзонами энерговыделения.

Здесь: q1 и q2 – тепловые потоки в подзонах. Номера (IX, IY) идентифицируют ячейки потока, в которых измерялась температура теплоносителя на выходе ТВС. Кружком чёрного цвета выделен измерительный имитатор (в экспериментах измерялась температура его наружной оболочки). Измерительный имитатор твэла был выполнен поворотным в сальниковом уплотнении. На его поверхности на разной высоте с шагом по азимуту Dj =30° заделаны в продольных пазах 12  микротермопар; погрешность измерения температуры микротермопарами на стенде ФЭИ не превышала ± 0,2 0С. Остальные имитаторы твэлов (неизмерительные) неподвижные. Нагреватели имитаторов - спирали из нихромовой проволоки, обеспечивали постоянный по высоте и периметру имитатора тепловой поток.

В [7] результаты измерения ΔТ, 0С - подогрева теплоносителя на выходе ТВС, приведены как средние по рядам IX, а температуры поверхности измерительного имитатора твэла представлены осреднёнными по участкам его периметра с S/d1 = 1,25 и S/d2 = 1,34.

На рис. 9 для опытного режима 1 показаны рассчитанные по разным кодам подогревы теплоносителя на выходе из модельной сборки как средние величины по рядам IX. Результаты расчётов, выполненных специалистами из Испании (с использованием кода FLUENT), Нидерландов (код STAR-CD), Южной Кореи (коды MATRA и CFX) и Японии (коды SPIRAL и AQUA) взяты из работы [7].

Рис. 9. Подогревы теплоносителя на выходе из модельной сборки как средние величины по рядам IX (опытный режим 1): ¡- экспериментальные данные,

x – Россия (НИКИЭТ), + - Япония, ▲- Испания, « - Нидерланды, t - Южная Корея, □ – Россия (ФБУ «НТЦ ЯРБ»).

На рис. 10 приведено для опытного режима 1 сравнение расчётных и измеренных температур по длине измерительного имитатора твэла в обработке по зоне с S/d1 = 1,25.

t, oC

Z/Z0

Рис. 10. Сравнение расчётных и измеренных температур по длине измерительного имитатора твэла в обработке по зоне с S/d1 = 1,25 (опытный режим 1):

¡- экспериментальные данные, É - код SPIRAL, ‚ - код AQUA, ▲- код FLUENT, « - код STAR-CD, t - код MATRA, □ – CPCTFA

Из рисунков видно, что по качеству моделирования подогрева теплоносителя (рис. 9) и по качеству моделирования температуры поверхности имитатора твэла (рис. 10) CPCTFA не уступает названным зарубежным кодам.

3. Проект реакторной установки «БРЕСТ - ОД - 300» (вариант 2003 г.)

«БРЕСТ-ОД-300» - Быстрый Реактор со Свинцовым Теплоносителем - Опытный Демонстрационный - 300 МВт электрической мощности, представляет собой двухконтурную установку с суммарной тепловой мощностью 700 МВт. В первом контуре для охлаждения активной зоны используется свинцовый теплоноситель с расходом на номинальном режиме 39,6 т/с, средними значениями температуры на входе и выходе из активной зоны, соответственно, 420 0С и 540 0С. Во втором контуре используется вода со сверхкритическими параметрами: давлением 24 МПа и температурой питательной воды 330 0С. Схема компоновки активной зоны реакторной установки (АЗ РУ) показана на рис. 11 .

Рис. 11. Схема размещения ТВС типов А31-А33 в АЗ РУ БРЕСТ-ОД-300

Схемы поперечного сечения ТВС типа А31 и ячейки теплоносителя, омывающей твэл (условно обозначенной "Т_1"), показаны на рис. 12; цифры: 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 – идентифицируют тип расчётной ячейки с разной геометрической формой вокруг помеченного цифрой конструктивного элемента. Длина твэльной части активной зоны составляет 2,21 м, длина активного участка твэльной части равна 1,1 м.

Рис. 12. Схемы поперечного сечения ТВС А31 и расчётной ячейки с условным обозначением «Т_1»

Учёт того, что:

·  в центральной части АЗ у 45 ТВС А31 диаметр твэлов равен 9,4 мм, а диаметр несущей трубы в центре ТВС равен 38 мм;

·  в промежуточной части АЗ у 64 ТВС А32 диаметр твэлов равен 9,8 мм, а диаметр несущей трубы в центре ТВС равен 22,4 мм;

·  в периферийной части АЗ у 36 ТВС типа А33 диаметр несущей трубы в центре ТВС равен 22,4 мм, диаметр твэлов во внутренних рядах ТВС равен 10,5 мм, а в наружном ряду - равен 9,8 мм;

привел к выделению 32 типов ячеек в поперечном сечении теплоносителя, различающихся геометрической формой.

Расчётные значения минимальной, средней и максимальной скорости в ячейках «Т_1» - «Т_32» приведены в таблице 5.

Таблица 5

Расчётные значения минимальной, средней и максимальной скорости в ячейках потока при значении расхода в АЗ РУ, равном 39,6Е+3 кг/с

Тип ячейки	Омываемый конструктивный элемент	Кол-во ячеек в ТВС	Скорость теплоносителя в ячейке потока, м/с
минимальная	средняя	максимальная
1	Твэл, d = 9,4 мм	108 (А31)	1,67	1,83	1,92
4	Вытеснитель	4	0,05	1,19	1,37
5	Труба, d = 38 мм	1	0,07	1,48	1,57
6	Твэл, d = 9,4 мм	8	1,05	1,70	1,91
7	Твэл, d = 9,4 мм	4	1,57	1,77	1,90
8	Твэл, d = 9,4 мм	4	1,02	1,67	1,91
9	Твэл, d = 9,4 мм	16	1,67	1,82	1,92
10	Твэл, d = 9,4 мм	16	1,10	1,72	1,91
11	Труба, d = 12,2 мм	4	1,15	1,57	1,72
2	Твэл, d = 9,8 мм	120 (А32)	1,55	1,72	1,80
12	Труба, d = 22,4 мм	1	0,05	1,21	1,31
14	Вытеснитель	4	0,05	1,62	1,81
16	Твэл, d = 9,8 мм	4	1,19	1,76	1,90
18	Твэл, d = 9,8 мм	4	0,50	1,69	1,84
20	Твэл, d = 9,8 мм	16	1,54	1,71	1,81
22	Твэл, d = 9,8 мм	16	1,04	1,62	1,81
24	Труба, d = 12,2 мм	4	1,06	1,51	1,65
3	Твэл, d = 10,5 мм	52 (А33)	1,27	1,51	1,62
13	Труба, d = 23,6 мм	1	0,05	1,12	1,22
15	Вытеснитель	4	0,05	1,52	1,69
17	Твэл, d = 10,5 мм	4	0,83	1,59	1,76
19	Твэл, d = 10,5 мм	4	0,32	1,52	1,67
21	Твэл, d = 10,5 мм	4	1,27	1,51	1,63
23	Твэл, d = 10,5 мм	8	0,90	1,44	1,60
25	Труба, d = 12,2 мм	4	0,88	1,38	1,54
26	Твэл, d = 10,5 мм	8	0,86	1,50	1,70
27	Твэл, d = 10,5 мм	4	1,29	1,58	1,73
28	Твэл, d = 9,8 мм	36	1,43	1,70	1,82
29	Твэл, d = 9,8 мм	4	1,55	1,73	1,82
30	Твэл, d = 10,5 мм	20	1,29	1,55	1,69
31	Твэл, d = 10,5 мм	8	1,24	1,55	1,69
32	Твэл, d = 9.8 мм	8	1.39	1.70	1.82

Расчёт течения свинцового теплоносителя в АЗ РУ БРЕСТ-ОД-300 проводился для полной зоны из 145 ТВС при работе РУ на номинальном уровне мощности с расходом 39,6Е+3 кг/с; плотность принималась равной 10,5Е+3 кг/м3, а кинематическая вязкость 0,16Е-6 м2/с.