CC BY
39
Механика жидкости и газа Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (3), с. 650-652
УДК 621.039
ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И МАССООБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТВСА-АЛЬФА РЕАКТОРОВ ВВЭР ПРИ ПОСТАНОВКЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ РЕШЕТОК ТИПА
«ПОРЯДНАЯ ПРОГОНКА»
© 2011 г. С.С. Бородин, А.В. Варенцов, А.А. Добров, Д.В. Доронков, Д.Н. Солнцев
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Поступила в редакцию 15.06.2011
Представлены результаты и анализ экспериментальных данных по исследованию массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в ТВСА-АЛЬФА реакторов типа ВВЭР с системой поясов перемешивающих решеток типа «порядная прогонка».
Ключевые слова: ядерный реактор, тепловыделяющая сборка, гидродинамика теплоносителя, межканаль-ный массообмен, перемешивающая решетка.
В последние годы все больше внимания уделяется модернизации и совершенствованию тепловыделяющих сборок с целью создания реакторных установок, способных работать на более высоком уровне мощности и с повышенной безопасностью. Увеличение единичной мощности и, вместе с тем, безопасность реактора зависят от эффективной эксплуатации тепловыделяющих сборок.
В ОАО «ОКБМ Африкантов» была разработана конструкция ТВСА для реакторов ВВЭР-1000, которая успешно зарекомендовала себя в процессе эксплуатации на действующих энергоблоках. Для повышения конкурентоспособности по сравнению с зарубежными аналогами было принято решение о проведении модернизации ТВСА. В современных конструкциях ТВС применяются перемешивающие решетки (ПР), которые позволяют улучшить перемешивание теплоносителя между ячейками и турбулизировать поток в пределах отдельных ячеек. Для получения высокой интенсивности межъячейкового массообмена в ТВСА-АЛЬФА было предложено использовать перемешивающие решетки типа «порядная прогонка», которые устанавливаются с поворотом каждой решетки относительно предыдущей на угол 60° по часовой стрелке, изменяя тем самым направление движения теплоносителя.
Для обоснования теплотехнической надежности активных зон реакторных установок при постановке ТВСА с перемешивающими решетками типа «порядная прогонка» необходимо определить влияние конструкции решеток на гидродинамику и массообмен потока теплоносителя. Оп-
тимальная конструкция перемешивающей решетки требует поиска вариантов, обеспечивающих наиболее благоприятное сочетание таких параметров, как интенсивность перемешивания, гидравлические потери и запасы до кризиса теплоотдачи.
Для исследований локальных характеристик межъячеечного массообмена и гидродинамики потока теплоносителя был разработан и создан аэродинамический стенд [1]. Исследования проводились в 61-стержневой модели фрагмента ТВСА, которая выполнена с соблюдением полного геометрического подобия и включает в себя твэлы-имитаторы, пояса дистанционирующих и перемешивающих решеток (рис. 1).
Все экспериментальные исследования проводились в диапазоне чисел Рейнольдса Яе от 8-104 до 1 -105 на участке автомодельного течения теплоносителя, что подтверждено соответствующими исследованиями. Кроме того, для обоснования представительности экспериментальных исследований было подтверждено, что в области автомодельного течения теплоносителя коэффициенты гидравлического сопротивления перемешивающих решеток экспериментальной модели соответствуют коэффициентам гидравлического сопротивления натурных решеток (рис. 2).
Исследование локальных характеристик межъячеечного массообмена потока теплоносителя в модели ТВСА-АЛЬФА осуществлялось методом диффузии примесей (метод трассера). Метод основан на регистрации поперечного потока массы по некоторой переносимой субстанции (краски, соли, газа и т.д.). Применение этого
2 3 4 5 6 7 8 Яе-Ю-4
Рис. 2
метода позволило получить данные распределения концентрации трассера по длине экспериментальной модели для характерный зон поперечного сечения при постановке пояса перемешивающей решетки типа «порядная прогонка» по которым были построены графики и картограммы (рис. 3).
Рис.
На основе комплексного анализа экспериментальных данныгс по исследованию характеристик межъячеечного массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в ТВСА-АЛЬФА с ПР типа «порядная прогонка» сделаны следующие основные выводы:
1. Отклоненный дефлектором поток приобретает поперечные составляющие скорости на выходе из перемешивающей решетки. Далее, посредством механизма конвективного переноса, часть поперечного потока теплоносителя из каж-
1
дой ячейки переходит в соседнюю ячейку, смешиваясь при этом с основным осевым потоком.
2. Изменение концентрации трассера в ячейках показывает, что не весь поток теплоносителя движется по направлению рядного расположения дефлекторов. Часть трассера передается в соседние ячейки за счет турбулентного массообмена, имеющего значительно большую величину за ПР, вследствие дополнительной турбулизации потока.
3. Расположение дефлекторов ПР типа «порядная прогонка» приводит к структуре течения за решеткой, в которой твэлы, омываемые потоком, расположены в одном ряду. Направленный поток теплоносителя, в основном, омывает только половину смоченного периметра твэлов данного ряда. Другую половину смоченного периметра твэлов омывает обратно направленный поток
3
теплоносителя в соседнем ряду.
4. Затухание возмущений массообменных процессов за ПР происходит на расстоянии Д//с1 ~ 21-23, в то время как затухание поперечный скоростей потока за турбулизирующими дефлекторами ПР происходит на значительно меньшем расстоянии //ё = 2-3.5 [2]. Конвективные потоки, создаваемые дефлекторами, также турбу-лизируют течение за перемешивающей решеткой, что способствует увеличению диффузионного массообмена за поясом ПР.
Список литературы
1. Бородин С.С. и др. Особенности гидродинамики теплоносителя в альтернативных ТВС реакторов ВВЭР-1000 при использовании перемешивающих ре-
шеток // Ядерная энергетика. 2006. №4. С. 70-76.
2. Бородин С.С. и др. Особенности гидродинамики и массообмена теплоносителя в ТВСА-АЛЬФА реакторов ВВЭР // Ядерная энергетика. 2010. №1. С. 42-48.
RESEARCHES OF HYDRODYNAMIC AND MASS-TRANSFER CHARACTERISTICS OF HEAT-TRANSFER IN ALTERNATIVE FA (FA ALPHA) OF VVER-TYPE REACTORS AT ERECTION OF SYSTEM OF MIXING GRIDS «FLOWING ALONG THE ROD LINES» TYPE
S.S. Borodin, A. V. Varentsov, A.A. Dobrov, D. V Doronkov, D.N. Solntsev
The results and analysis of experimental data on investigation of the local mass-transfer and hydrodynamics of heat-transfer flow in alternative fuel assembly of reactor VVER at use of system of mixing grids «flowing along the rod lines» type are submitted.
Keywords: nuclear reactor, fuel assembly, hydrodynamics of heat carrier, intercanal mass transfer, mixing grid.
