автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Локальная гидродинамика и массообмен теплоносителя в ТВС реакторов ВВЭР и PWR с перемешивающими решетками

На правах рукописи УДК 621.039

Бородин Сергей Сергеевич

ЛОКАЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В TBC РЕАКТОРОВ ВВЭР И PWR С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ РЕШЕТКАМИ

Специальность: 05.14.03. Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2011 г.

4851907

Работа выполнена на кафедре «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Дмитриев С.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Смирнов Л.В. доктор технических наук, Прибатурин H.A.

Ведущая организация: ФГУП «Государственный научный

центр Российской Федерации -Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского» г. Обнинск, Калужская область.

Защита состоится « 7 » С!ЮН Л_2011 г. в ^ часов на заседании

объединенного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 520.061.01 при ОАО «Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова Государственной корпорации «Росатом» по адресу: 603079, г. Нижний Новгород, Бурнаковский проезд, д. 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ОКБМ Африкантов».

Автореферат разослан « 6 » МОЯ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Дмитриев С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Настоящее и будущее ядерной отрасли Российской Федерации требует создание энергоблоков, способных на максимально эффективное производство электроэнергии при условии гарантированной безопасности. Необходимо постепенно и поэтапно модернизировать отдельные элементы реакторной установки, а также повышать их технологические и эксплуатационные параметры.

В ОАО «ОКБМ Африкантов» на протяжении многих лет проводятся работы по усовершенствованию конструкций активных зон водо-водяных ядерных реакторов в целом и тепловыделяющих сборок в частности. Работы в этом направлении ведутся для решения следующих основных задач:

- реализация безопасных и экономически эффективных топливных циклов;

- повышение эксплуатационного ресурса активных зон в целом и TBC в частности;

- обеспечение геометрической стабильности конструкции TBC;

- повышение эксплуатационной надежности TBC;

- создание ремонтопригодных TBC.

Одним из перспективных направлений решения поставленных задач является улучшение теплогидравлических характеристик тепловыделяющих сборок, которое достигается за счет использования перемешивающих решеток (ПР) в качестве интенсификаторов тепломассообмена. Такие устройства, с одной стороны, обеспечивают повышенную турбулизацию потока теплоносителя и перераспределение его по сечению сборки, а с другой стороны вызывают конвективные перетоки. Поэтому оптимальная конструкция перемешивающих решеток требует поиска вариантов, обеспечивающих наиболее благоприятное сочетание таких параметров, как интенсивность перемешивания, гидравлические потери и запасы до кризиса теплоотдачи.

В ТВС-КВАДРАТ реакторов PWR применяются пластинчатые дистанционирующие решетки, снабженные дефлекторами, позволяющими одновременно создать круговые поперечные течения теплоносителя вокруг твэлов и закрутку потока в межтвэльном пространстве. В ТВСА реакторов ВВЭР для увеличения интенсивности межъячейкового массообмена применяются перемешивающие решетки двух типов по возможной направленности течений теплоносителя: ПР типа «закрутка вокруг твэла», посредством которых создаются круговые течения теплоносителя вокруг твэлов, и ПР типа «порядная прогонка», позволяющие повысить интенсивность межъячеечного массообмена в направлении движения теплоносителя между соседними рядами твэлов.

Конструктивные особенности пучка твэлов TBC и квадратной, и треугольной упаковок предполагают возможность использования различных форм турбулизирующих дефлекторов, геометрических размеров и углов отгиба относительного потока теплоносителя.

Применение ТВСА и ТВС-КВАДРАТ с различными типами перемешивающих решеток в активных зонах реакторов соответственно ВВЭР и PWR требует обоснования теплотехнической надежности таких модернизированных активных зон и определения влияния конструкций решеток на гидродинамику и массообмен потока теплоносителя. Сложность математического описания трехмерного течения потока теплоносителя в пучке твэлов не позволяет решить эту задачу путем численного моделирования,

3

поэтому основным методом изучения массообмена и гидродинамики тепловыделяющих сборок является экспериментальное исследование масштабных и полноразмерных моделей кассет и фрагментов активных зон на аэро- и гидродинамических стендах.

Ввиду этого экспериментальное исследование особенностей массообменных процессов и закономерностей формирования локальных гидродинамических и массообменных характеристик потока теплоносителя в пучках твэлов TBC при использовании перемешивающих решеток является актуальной задачей, решение которой позволяет обосновать теплотехническую надежность активных зон реакторов ВВЭР и PWR.

Цель диссертационной работы.

Цель работы состоит в исследовании особенностей локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в тепловыделяющих сборках реакторов ВВЭР и PWR с перемешивающими решетками различного конструктивного исполнения, определении их эффективности для обоснования выбора оптимальных конструкций TBC.

Для достижения цели:

- экспериментально исследовано влияние перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения на массообмен потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR;

- исследованы распределения локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя в ТВСА и ТВС-КВАДРАТ реакторов ВВЭР и PWR с поясами перемешивающих решеток, а также за турбулизирующими дефлекторами вышеуказанных решеток;

- определено влияние конструктивных параметров перемешивающих решеток различного типа на эффективность перемешивания потока теплоносителя по сечению ТВСА и ТВС-КВАДРАТ;

- обобщена экспериментальная информация и создан банк данных для верификации CFD-кодов и программ детального поячеечного расчета активных зон реакторов ВВЭР и PWR с целью уменьшения консерватизма в расчетах теплотехнической надежности активных зон.

Научная новизна работы состоит в следующем:

-разработаны методики проведения экспериментальных исследований, позволяющие изучить локальную гидродинамику и массообмен потока теплоносителя в моделях фрагментов TBC ядерных реакторов методом диффузии трассера в области автомодельного течения;

- проведены комплексные исследования и определены характеристики локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и TBC КВАДРАТ реактора PWR при установке перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения;

- по результатам экспериментальных исследований определены особенности течения теплоносителя в пучках твэлов при наличии перемешивающих решеток различной конструкции;

- впервые определены длины затухания возмущений потока теплоносителя, вызванные различными перемешивающими решетками в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR;

- впервые определена глубина распространения возмущений между соседними тепловыделяющими сборками при постановке в ТВСА реактора ВВЭР перемешивающих решеток различной конструкции;

- в соответствии с разработанной расчетной моделью получены величины коэффициента межканалыюго обмена для гладкого пучка в квадратной компоновке твэлов и эффективного (включая конвективный) коэффициента межъячеечного массообмена в TBC реакторов PWR с перемешивающими решетками.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Результаты исследования локальных характеристик массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов ВВЭР и PWR приняты для практического использования в ОАО «ОКБМ Африкантов» при обосновании теплотехнической надежности активных зон.

Анализ распространения концентраций газа трассера позволил детализировать картину течения потока теплоносителя за поясами перемешивающих решеток, оценить их эффективность, выбрать оптимальную конструкцию с точки зрения сочетания таких параметров как интенсивность перемешивания потока теплоносителя и гидравлическое сопротивление решетки.

Результаты исследований используются в качестве банка экспериментальных данных для тестирования программ детального поячеечного расчета активных зон в целях уменьшения консерватизма при расчетах теплотехнической надежности реакторов ВВЭР и PWR и учета в натурных условиях влияния поясов перемешивающих решеток на гидродинамику и массообмен теплоносителя в TBC.

Достоверность основных научных положений и выводов диссертации.

Основные научные положения и выводы по работе хорошо согласуются с современными представлениями о гидродинамических и тепломассообменных процессах в пучках стержней при турбулентном режиме течения жидкости. Предлагаемые рекомендации основаны на результатах ряда этапов экспериментальных исследований на моделях фрагментов тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР с ТВСА и реакторов PWR с ТВС-КВАДРАТ с обоснованием представительности проводимых исследований и расчетом погрешности измеряемых величин. Аэродинамический стенд и измерительный комплекс прошли аттестацию Госповерителем.

Личный вклад автора.

Автором лично разработаны методики проведения экспериментальных исследований, способы обработки и анализа их результатов, алгоритмы расчетного определения эффективности перемешивающих решеток.

В проектировании, монтаже экспериментального стенда и моделей, а также в проведении экспериментальных исследований автор принимал непосредственное участие в составе исследовательского коллектива.

Постановка задачи и развитие исходных концепций были сделаны научным руководителем.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были представлены и получили одобрение на:

- IV-ой, V-й Российских национальных конференциях по теплообмену (г. Москва, 2006г. и 2010г.);

- V-ой и VI-ой Международных научно-технических конференциях «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (Подольск, 2007г. и 2008г.);

- Ш-ей Международной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», (Москва, 2008г.)

- Межведомственном семинаре «Теплогидравлические аспекты безопасности активных зон, охлаждаемых водой и жидкими металлами» (Обнинск, 2008г.)

- XIV-ой и XV-ой Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», (Томск, 2008г. и 2009г.);

- Научной сессии МИФИ-2010 в секции "Физико-технические проблемы ядерной энергетики", (Москва, 2010г.)

-V-ой, VI-ой, VII-ой, VIII-ой и IX-ой Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, 2006-2010г.г.);

- XI-ой, ХИ-ой, ХШ-ой, XIV-ой и XV-ой Нижегородских сессиях молодых ученых (Техническое направление) (Н.Новгород, 2006-20 Юг.г.);

- научных семинарах кафедры «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия» НГТУ им. P.E. Алексеева (2005-2011г.г.).

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, рисунков 114, таблиц 3, и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 77 наименований.

Публикации. Основные научные результаты опубликованы в четырнадцати печатных работах, в том числе в трех статьях в журнале, рецензированном ВАК.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется актуальность и цель диссертационной работы, отмечается её научная новизна и практическая ценность, перечисляются основные положения, выносимые на защиту, дается краткое описание материала диссертации.

В первой главе приводится анализ современного состояния исследуемого вопроса, и формулируются задачи исследований.Подробно изложены методы интенсификации тепло- и массообмена, их классификация, основные преимущества и недостатки. Приведен тщательный обзор конструкций дистанционирующих и перемешивающих устройств для тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР и PWR.

Рассмотрены основные достижения в области расчетных и экспериментальных исследований по повышению эффективности решеточных интенсификаторов теплообмена в TBC, где подробно описаны основные концепции подходов к изучению теплогидравлики теплоносителя, рассмотрены основные физические механизмы интенсификации в турбулизированных потоках, а также приведены основные результаты исследований гидродинамических характеристик потока теплоносителя в TBC ядерных реакторов, проведенных российскими и зарубежными авторами.

Проведенный анализ современных методов измерений гидродинамических характеристик однофазных потоков показал, что наиболее точными, информативными и практичными являются лневмометрические методы исследований. Использование пневмометрических зондов позволяет определять пространственные гидродинамические характеристики потока в любой точке с большой степенью точности.

Показано, что отсутствуют работы, посвященные детальному исследованию локальной гидродинамики и массообмена теплоносителя за перемешивающими решетками тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР и Р\УЬ1, а также оценке их эффективности с точки зрения интенсивности перемешивания и гидравлических потерь. Кроме того, не существует информации о глубине распространения возмущений между соседними тепловыделяющими сборками при постановке в ТВСА реактора ВВЭР перемешивающих решеток различной конструкции.

На основании проведенного анапиза существующих работ формулируются задачи исследований диссертационной работы.

Во второй главе приводится описание экспериментального стенда, измерительного комплекса и экспериментальных моделей, входящих в состав стенда.

Экспериментальный стенд для исследований локальных характеристик межьячеечного массообмена и гидродинамических характеристик потока теплоносителя представляет собой аэродинамический разомкнутый контур, через который прокачивается воздух (рисунок 1). Исследование локальных характеристик межъячеечного массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях осуществлялось методом диффузии примесей (метод трассера), который основан на регистрации поперечного потока массы по некоторой переносимой субстанции (краски, соли, газа и т.д.).

трассера, 5 - устройство ввода трассера в ячейку ЭМ, 6 - линия подвода трассера, 7 - расходомерное устройство, 8 - запорная и регулирующая арматура, 9 - редуктор, 10 - газовый баллон. Рисунок I - Схема экспериментального стенда

Принцип проведения экспериментальных исследований на экспериментачьном стенде заключается в том, что поток воздуха посредством радиального вентилятора высокого давления поступает в ресиверную емкость, движется через расходомерное устройство и успокоительный участок, а затем, пройдя через ЭМ, выбрасывается в атмосферу. Трассер подается через впускной зонд в ячейку пучка твэлов в начале исследуемого участка и также выбрасывается в атмосферу вместе с газовоздушной смесью. Отборным зондом за исследуемым поясом перемешивающей решетки производится замер концентрации трассера по длине и сечению экспериментальной модели.

Впускной зонд имеет вид монолитной втулки (рисунок 2). врезаемой в твэл в месте инжекции, с коротким Г-образным отводом. Для обеспечения равномерного распределения трассера по поперечному сечению экспериментальной ячейки после подачи в нее трассера впускной зонд

снабжен специальным рассеивающим насадком, Рисунок 2 - Впускной зонд

который устанавливается на выходе из Г-образного отвода. Выходное отверстие отвода с рассеивающим насадком позиционируется по центру ячейки.

Отборный зонд выполнен в виде трубки Пито-Прандля, позволяющей определять значения осевой скорости, статического и полного давлений в исследуемой зоне, а также выполнять функцию транспортного газопровода для отбора проб трассера в газоанализатор.

Для исследования локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя использовался пятиканальный пневмометрический зонд, который позволяет определять вектор и значение абсолютной скорости потока, значения статического и полного давлений в исследуемой точке и представляет собой пять стальных капилляров диаметром 0,8 мм, расположенных в двух перпендикулярных друг к другу диаметральных плоскостях. Центральная трубка срезана под углом 90° к своей оси, а четыре боковые трубки срезаны под углом 45° к оси центральной трубки.

Для измерения концентрации углеводородов С„Нт в газо-воздушной смеси использовался газоанализатор (рисунок За), принцип работы которого основан на измерении величины поглощения инфракрасного излучения. Погрешность измерения при этом с учетом индивидуальной градуировки равна ±5 ррш (0...1000 ррт); ± 1,5% (1000...10000 ррш).

Для контроля количества вводимого трассера использовался газовый расходомер ИРГ-1000 (рисунок 36). По принципу работы прибор относится к тепловым расходомерам неконтактного типа. Предел допускаемого значения основной приведенной погрешности прибора с учетом индивидуальной градуировки равен ±1,5%.

. . У':.

б)

Рисунок 3 - Газоанализатор и газовый расходомер

Экспериментальные модели. Экспериментальные исследования локальных характеристик межъячеечного массообмена потока теплоносителя в активных зонах реакторов проводились на экспериментальных моделях различной конструкции. В случае таких исследований для TBC реактора PWR - двух масштабных экспериментальных моделях (ЭМ): на 25-стержневой (рисунок 4а) и 49-стержневой (рисунок 46) моделях фрагментов ТВС-КВАДРАТ. В случае исследований для TBC реактора ВВЭР - на трех масштабных экспериментальных моделях (ЭМ): на 19-стержневой модели фрагмента ТВСА (рисунок 5а), на 57-стержневой модели фрагмента активной зоны реактора ВВЭР (рисунок 56), включающей в себя сегменты трех топливных кассет ТВСА и межкассетное пространство и на 61-стержневой модели фрагмента ТВСА (рисунок 5в).

Экспериментальные модели выполнены в полном подобии натурным TBC с коэффициентом геометрического подобия Kr = 4,2 (PWR) и Кг= 4,4 (ВВЭР), имеют длину 3 м и состоят из цилиндрических твэлов-имитаторов, поясов дистанционирующих и перемешивающих решеток. Моделирование стандартных ячеек осуществлялось строгим дистанционированием пучка цилиндрических твэлов-имитаторов в квадратной и треугольной упаковках стержней посредством поясов дистанционирующих решеток (ДР).

Рисунок 5 - Экспериментальные модели ТВСА реактора ВВЭР

Верхлие кромки пластин исследуемых поясов ПДР тепловыделяющих сборок реактора PWR (рисунок 6) снабжены дефлекторами, которые улучшают перемешивание потока теплоносителя. Конфигурация выполнена так, что на каждый твэл приходилось два дефлектора, расположенных диагонально. Исследуемые дефлекторы имели различную форму, высоту и угол отгиба к осевому направлению течения потока теплоносителя.

Пояса перемешивающих решеток моделей TBC реакторов ВВЭР (рисунок 7) изготавливались из полос листового железа и снабжались турбулизирующими дефлекторами, которые имели различные высоты и углы отгиба, а также различную ориентацию относительно друг друга в соответствии с двумя вариантами расположения: «закрутка вокруг твэла» и «порядная прогонка».

1 I

Дефлекторы ПДР ТВС-К ВЛДРЛТ

Дефлектор 325 мм Высота 37,8 мм высота 32,а 25° Угол отгиба 25° Угол отгиба

V I

Дефлектор 7730 Высота 32,3 мм Угол отгиба 30°

Рисунок 6 - Пояса перемешивающих дистанционирующих решеток (ПДР) экспериментальных моделей фрагментов ТВС-КВАДРАТ реактора Р\¥Я с исследуемыми типами дефлекторов

Рисунок 7 - Пояса ПР экспериментальных моделей фрагментов ТВСА реактора ВВЭР

В третьей главе приводятся методики проведения экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях реакторов типа ВВЭР и

Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных по исследованию режимов течения теплоносителя в экспериментальной модели. Важным этапом проведения любого экспериментального исследования является подтверждение его представительности. С этой целью был проведен ряд испытаний, направленных на определение режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях, определение участков гидродинамической стабилизации потока и нахождение границ зон автомодельного течения теплоносителя.

В процессе работы экспериментального стенда на установившемся режиме течения замерялись перепады статического давления по длине модели и для каждого из участков проводилось их сравнение. Стабилизированным считалось течение с постоянной величиной градиента статического давления.

Основной задачей исследования зоны автомодельного течения в трубном пучке модели являлось нахождение нижней границы зоны автомодельного течения теплоносителя. Исследования проводились в диапазоне чисел Ие=2-104—1 • 105 и заключались в построении эмпирической зависимости коэффициента трения участка ЭМ от числа Ие. Полученный массив точек аппроксимировался двумя линейными 10

зависимостями - в переходной области турбулентного течения и в области автомодельного течения. Точка пересечения этих прямых является началом области автомодельного течения по числу Ие.

Также на аэродинамическом стенде были экспериментально определены коэффициенты гидравлического сопротивления всех исследуемых поясов дистанционирующих и перемешивающих решеток. Необходимость данных исследований вызвана тем, что для обоснования представительности экспериментальных исследований гидродинамики и массообмена требуется соблюдение равенства местного гидравлического сопротивления натурных решеток и решеток экспериментальной модели.

Кроме того, была проведена апробация методик проведения экспериментальных исследований для подтверждения достоверности получаемых результатов, определены погрешности измеряемых величин.

Методика проведения экспериментальных исследований по изучению локального массобмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях.

Для определения коэффициента межканапьного массообмена в экспериментальных моделях за исследуемыми поясами решеток газоанализатором измерялась концентрация пропанового трассера в характерных зонах по сечению модели. Поперечные сечения экспериментальных моделей было разбито на ячейки, каждой из которых был присвоен свой индивидуальный номер. В каждой из ячеек производился замер концентрации в характерных сечениях по длине экспериментальной модели.

На рисунке 8 представлены сечения расположения зон измерений в поперечном сечении соответственно 25-стержневой и 49-стержневой экспериментальных моделей фрагментов ТВС-КВАДРАТ реактора Р\¥Я. Расположение сечений отбора трассера по длине обеих экспериментальных моделей показано на рисунке 9.

Аналогично, и в тоже время, учитывая особенности треугольной упаковки твэлов, поперечное сечение экспериментальных моделей фрагментов ТВСА реактора ВВЭР было разбито на ячейки, каждой из которых был присвоен свой индивидуальный номер. В каждой из ячеек производился замер концентрации в характерных сечениях по длине экспериментальной модели.

Рисунок 8 - Расположение зон измерения концентрации трассера в поперечных сечениях экспериментальных моделей 25- и 49-стержневого фрагментов ТВС-КВАДРАТ реактора Р\УЯ

КЗ- перемешивающая И дистанционирующая ВЙЗ решетка

И - место подачи трассера

Рисунок 9 - Расположение зон измерения концентрации трассера по длине экспериментальных моделей 25- и 49-стержневого фрагментов ТВС-КВАДРАТ реактора Р\УЯ

Как было сказано ранее, исследования массообмена потока теплоносителя производились методом диффузии газового трассера, при котором в определенную характерную ячейку экспериментальной модели до пояса перемешивающей решетки по ходу течения потока подавался трассер, и далее производился отбор его концентрации за поясом ПР. Тем самым наблюдалось постепенное распространение газа в поперечном сечении экспериментальных моделей, вызванное влиянием турбулизирующих дефлекторов. На основе характера, направления и скорости этого распространения проводился анализ интенсифицирующих свойств перемешивающих решеток исследуемых фрагментов ТВС-КВАДРАТ и ТВСА реакторов Р\УЯ и ВВЭР. В качестве трассера использовался газ пропан, поскольку он обладает наиболее близкими к воздуху свойствами, возможностью быстрой и достаточно точной регистрации, что позволяет получать большие объемы данных в ограниченное время.

Методика проведения экспериментальных исследований по изучению локальной гидродинамики потока теплоносителя в экспериментальных моделях.

Экспериментальные исследования

локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя заключались в измерении модуля вектора скорости, углов набегания потока и статического давления пятиканальным пневмометрическим зондом внутри трубного пучка экспериментальной модели фрагмента ТВС-КВАДРАТ реактора типа Р\\Т*. При этом проводился анализ распространения гидродинамических возмущений, вызванных влиянием дефлекторов перемешивающих дистанционирующих решеток ТВС-КВАДРАТ.

Рисунок 10 - Схема расположения зон измерения локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя за дефлекторами ПДР ТВС-КВАДРАТ реактора

Исследования локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя проводилось в стандартной ячейке ТВС-КВАДРАТ (ячейка №20) при числах йе=84910. Измерения проекций вектора скорости на оси х, у, z были проведены в 37-ми зонах поперечного сечения (рисунок 10). В каждой из зон проводился замер в 19 сечениях по длине экспериментальной модели.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях.

В соответствие с методиками, изложенными в третьей главе, были проведены исследования, направленные на определение режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях, определение участков гидродинамической стабилизации потока и нахождение границ зон автомодельного течения теплоносителя. По результатам были найдены нижние границы автомодельного течения потока в каждой из экспериментальных моделей. В соответствии с полученными результатами область автомодельного течения в экспериментальных моделях начинается со следующих чисел Рейнольдса:

- в 25-стержневой ЭМ фрагмента ТВС-К реактора PWR - при Re > 65000

- в 49-стержневой ЭМ фрагмента ТВС-К реактора PWR - при Re > 60000

- в 19-стержневой ЭМ фрагмента ТВСА реактора ВВЭР - при Re > 60000

- в 57-стержневой ЭМ фрагме1гга активной зоны реактора ВВЭР с ТВСА - Re > 70000

- в 61-стержневой ЭМ фрагмента ТВСА реактора ВВЭР - при Re > 55000.

Всё выше изложенное позволяет утверждать, что экспериментальные исследования локальной гидродинамики и массообмена теплоносителя в моделях TBC реакторов ВВЭР и PWR, проводимые в диапазоне чисел Re от 8-104 до 1-Ю5, осуществлялись на участке стабилизированного автомодельного течения теплоносителя. Результаты исследований коэффициента местного гидравлического сопротивления поясов решеток с подробным описанием размеров и углов отгиба дефлекторов сведены в таблицу 1 и представлены на рисунке 11 в виде графической зависимости от числа Re.

Таблица 1 - Коэффициенты местного гидравлического сопротивления поясов решеток экспериментальных моделей (указаны геометрические размеры натурных дефлекторов)

ЭМ Тип решетки и дефлектора (высота/угол отгиба, мм/град) с Ьрсш

25-стержневая ЭМ фрагмента ТВС-К реактора PWR (рисунок 11а) ПДР 7/25° 1,05

ПДР 9/25° 1,1

ПДР 7,7/30° 1,135

49-стержневая ЭМ фрагмента ТВС-К реактора PWR (рисунок 116) ПДР 9/25° 1,06

19-стержневая ЭМ фрагмента ТВСА реактора ВВЭР (рисунок 11в) ПР «закрутка вокруг твэла», 4,5/45° 0,73

ПР «закрутка вокруг твэла», 4,5/35° 0,60

ПР «закрутка вокруг твэла», 3,5/45° 0,50

ПР «закрутка вокруг твэла», 3,5/35° 0,41

ПР «порядная прогонка», 4,5/35° 0,58

ПР «порядная прогонка», 4,5/30° 0,52

57-стержневая ЭМ фрагмента активной зоны реактора ВВЭР с ТВСА (рисунок 11г) КДР «закрутка вокруг твэла», 4,5/38° 1,147

ПР «порядная прогонка», 4,5/30° 0,54

61-стержневая ЭМ фрагмента ТВСА реактора ВВЭР (рисунок 11д) ПР «закрутка вокруг твэла», 4,5/35° 0,50

ПР «порядная прогонка», 4,5/30° 0,49

Анализ результатов исследований коэффициентов гидравлического сопротивления показывает, что выбранные конструкции и геометрические характеристики перемешивающих решеток в диапазоне чисел Ке=2104-1*10 обеспечивают их необходимое гидравлическое сопротивление. Полученные значения соответствует гидравлическому сопротивлению натурных перемешивающих решеток ТВСА реактора ВВЭР и перемешивающих дистанционирующих решеток ТВС-КВАДРАТ реактора Р\УЯ.

-4-

ПДР - дефлектор 7 мм/угол отгиба 25° \ ПДР - дефлектор 9 мм/угол отгиба 25° ! ПДР - дефлектор 7,7 мм/угол отгиба 30^

| 1

1

__[ © ПДР с дефлектором 9 мм с углом отгиба 25° ]}

(10* 3X10' 4x10' 5x10' 6x10' 7x10' 8x10'9x10*1x10®

а) Зависимость КГС поясов ПДР 25-стержневой ЭМ фрагмента ТВС-КВАДРАТ от числа Яе

2x10' 3x10' 4x10* 5x10' 6x10* 7x10* вхЮ'9x10*1x10* [

б) Зависимость КГС пояса ПДР 49-стержневой ЭМ фрагмента ТВС-КВАДРАТ от числа Яе

ЛР "»круты вокруг ПР "закрути вокруг твэла ПР "икрутка вокруг твала ПР "закрутка вокруг твэла ПР "порядная прогонка" ПР "порядная прогонка"

дефлектор 4,5 мм^гол отгиба 15"

■ дефлектор 4,5 мм/Угол отгиба 35*

■ дефлектор 3,5 им/угол отгиба 45" - дефлектор 3,5 км/угол отгиба 35° дофлектор4,5м«^толот[*6»35* > дефлектор 4,5 мм/угол отгиба 30" '

10' 3x10' 4х10' Ке 5Х1°* 6х10' 7х10' вхю'9x10*1x10*

в) Зависимость КГС поясов ПР 19-стержневой ЭМ фрагмента ТВСА от числа Яе

н__

"" __________

----

--1 • ПР "порядная прогокка" - дефлектор 4,5 мм/угол отгиба 30° \ 1 ■ КДР "закрутка вокруг твэпа" - дефлектор 4,5 мм/угол отгиба 38е'

.................. ... . ; ..— ' -----------.1-----1

а

»0.5'

1

| 1

? * #

® ПР "закрутка вокруг твэла" - дефлектор 4,5 мм/угол отгиба 35вн Я ПР "порядная прогонка" - дефлектор 4,5 мм/угол отгиба 30° )\

2x10' 3x10' 4x10* 5x10* 6x10* 7x10* 8x10* 9x10*1x10*

г) Зависимость КГС поясов ПР 57-стержневой ЭМ фрагмента активной зоны реактора ВВЭР с ТВСА от числа Яе

Яе

5x10' 6x10' 7x10' 8x10'9X10*1X10*

д) Зависимость КГС поясов ПР 61-стержневой ЭМ фрагмента ТВСА от числа Яе

Рисунок 11 - Зависимость коэффициентов местного гидравлического сопротивления поясов решеток экспериментальных моделей от числа Ие

Далее в главе 4 представлены результаты исследования распределения концентраций трассера в экспериментальных моделях.

1) ТВС-КВАДРАТ реактора РШЯ. Комплексный анализ результатов экспериментального исследования изменения концентрации трассера по длине моделей фрагментов ТВС-КВАДРАТ реактора типа за поясами ПДР в характерных зонах поперечного сечения показал, что происходит направленное движение трассера, обусловленное расположением дефлекторов, т.е. отклоненный дефлектором поток приобретает поперечные составляющие скорости на выходе из перемешивающей решетки и далее посредством механизма конвективного переноса часть поперечного потока теплоносителя из каждой ячейки переходит в соседние ячейки, смешиваясь при этом с основным осевым потоком (рисунок 12). 14

700

650

600

550

500

|-450

Г 400

[350

; 300 г

| 250 200 150 100 50 0

- Зона 20

-М- Зона 19'

—*--Зона 21

—л- Зона 14 ■

—V- Зона 26

-в- Зона 20 •

~В---Зона 19 ■

-е- Зона 21 ■

-Л- Зона 14 ■

-V- Зона 26 •

--в — Зона 20 ■

--В - - Зона 19 ■

---« - - Зона 21 ■

--А — Зона 14 ■

--V - - Зона 26 ■

"Г

"Г

дефлектор 7/25° дефлектор 7/25° дефлектор 7/25° дефлектор 7/25° дефлектор 7/25° дефлектор 9/25° дефлектор 9/25° дефлектор 9/25° дефлектор 9/25° дефлектор 9/25° дефлектор 7,7/30° дефлектор 7,7/30° дефлектор 7,7/30° дефлектор 7,7/30° дефлектор 7,7/30 °

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

I/а

Рисунок 12 - Распределение концентрации трассера по длине 25-стержневой ЭМ ТВС-КВАДРАТ для характерных зон при постановке ПДР различных типов

Экспериментально определено, что не весь поток теплоносителя движется в направлении, определенном дефлектором. Часть трассера передается в соседние ячейки за счет турбулентного массообмена, имеющего значительно большую величину за ПДР вследствие дополнительной турбулизации потока.

За решеткой перемешивающие свойства ПДР снижаются вследствие уменьшения поперечных составляющих скорости, а интенсивность массообмена определяется степенью повышения турбулентности потока за решеткой. Наличие турбулентного трения приводит к диссипации энергии движения потока, что быстро уменьшает интенсивность поперечных конвективных течений, создаваемых дефлекторами решетки, но при этом сама исследуемая решетка создает достаточно высокую интенсивность перемешивания за счет конвективного переноса на выходе из ПДР.

Затухание возмущений массообменных процессов за перемешивающей дистанционирующей решеткой происходит на расстояниях Д//й?=23+25 для ПДР с дефлектором типа 7/25 (натурная высота 7 мм, угол отгиба 25°); А//с/=25-г27 для ПДР с дефлектором типа 9/25 (натурная высота 9 мм, угол отгиба 25"); Д1/с1=24-г26 для ПДР с дефлектором типа 7,7/30 (натурная высота 7,7 мм, угол отгиба 30°).

Эти значения соответствуют длинам затухания возмущений в ЭМ с поясом ПДР, в то время как затухание поперечных скоростей потока за турбулизирующими дефлекторами происходит на значительно меньшем расстоянии.

2.) ТВСА реактора ВВЭР. Анализ результатов экспериментального исследования локального массопереноса трассера в характерных зонах ТВСА реактора типа ВВЭР при постановке поясов перемешивающих решеток типа «закрутка вокруг твэла» показал, что:

- за дефлекторами перемешивающей решетки типа «закрутка вокруг твэла» происходит винтообразное постепенно затухающее движение трассера, обусловленное закруткой потока посредством турбулизирующих дефлекторов (рисунок 13);

- не весь поток теплоносителя движется вокруг инжектируемого твэла. Часть трассера передается в соседние ячейки за счет турбулентного массообмена, имеющего значительно большую величину за ПР вследствие дополнительной турбулизации потока;

Рисунок 13 - График изменения концентрации трассера по длине 19-стержневой ЭМ в ячейках, прилежащих к инжектируемому твэлу, при постановке ПР типа «закрутка вокруг твэла»

-эффективное перемешивание трассера в поперечном сечении 19-стержневой модели фрагмента ТВСА реактора ВВЭР заканчивается на расстоянии l/d ~ 18+20 после ПР типа «закрутка вокруг твэла» с дефлектором 4,5 мм и углом отгиба 45°, на расстоянии l/d ~ 20+21 после ПР с дефлектором 4,5 мм и утлом отгиба 35° и на расстоянии l/d ~ 25+27 после ПР с дефлекторами 3,5 мм и углами отгиба 35° и 45° (указаны размеры дефлекторов, соответствующие натурным перемешивающим решеткам);

- интенсивность массообменных процессов в уголковых зонах ТВСА приближается к соответствующей величине в стандартных ячейках;

- определено существование направленного движения потока теплоносителя в межкассетном зазоре, обусловленное наличием уголков жесткости;

- глубина распространения возмущений потока теплоносителя в соседние тепловыделяющие сборки ограничивается двумя периферийными рядами твэлов соседних ТВСА реактора типа ВВЭР.

Анализ результатов экспериментального исследования локального массопереноса трассера в характерных зонах ТВСА реактора типа ВВЭР при постановке поясов перемешивающих решеток типа «порядная прогонка» показал, что:

- отклоненный дефлектором поток приобретает поперечные составляющие скорости на выходе из перемешивающей решетки. Далее, посредством механизма конвективного переноса, часть поперечного потока теплоносителя из каждой ячейки переходит в соседнюю ячейку, смешиваясь при этом с основным осевым потоком;

- 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;

-показано, что расположение дефлекторов ПР 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 теплоносителя в соседнем ряду;

- затухание возмущений массообменных процессов за Г!Р типа «порядная прогонка» происходит на расстоянии Д//а?«21+23, в то время как затухание поперечных 16

скоростей потока за турбулизирующими дефлекторами ПР происходит на значительно меньшем расстоянии Ш= 2н-3,5;

- при постановке системы двух перемешивающих решеток происходит более равномерное распределение концентрации трассера в поперечном сечении экспериментальной модели, по сравнению с одной ПР типа «порядная прогонка» или ПР типа «закрутка вокруг твэла»;

- глубина распространения газа трассера из межкассетного зазора охватывает область трех периферийных рядов твэлов соседних ТВСА-АЛЬФА с двумя перемешивающими решетками типа «порядная прогонка». Этот факт показывает лучшее перемешивание потока теплоносителя при постановке в ТВСА-АЛЬФА системы двух решеток типа «порядная прогонка» по сравнению с постановкой одной ПР типа «закрутка вокруг твэла» или «порядная прогонка».

В питой главе представлены результаты расчетных исследований по изучению массообмена потока теплоносителя в экспериментальной модели 25-стержневого фрагмента ТВС-КВАДРАТ реактора Р\¥Я.

Для анализа и последующего применения полученных экспериментальных данных были разработаны математические модели, с помощью которых можно по распределениям концентрации трассера по длине и сечению канала определять эффективность устанавливаемых в канал перемешивающих решеток.

Сначала была разработана математическая модель, которая позволяет оценить необходимое значение осредненного по длине сборки коэффициента межканального обмена и тем самым показать вклад «гладкого пучка» твэлов в перемешивание теплоносителя. Горизонтальными плоскостями с шагом АН по длине экспериментальная модель разбивалась на определенное количество слоев, а проходное сечение разбивалось на 32 плоские элементарные ячейки, таким образом, можно представить себе каждый слой состоящим из 32-х объемных элементов, в основании которых находится плоская ячейка (рисунок 14). Каждый элемент характеризуется определенным набором геометрических параметров, в соответствие с которыми для каждого элемента было найдено соотношение расхода теплоносителя через ячейку относительно полного осевого расхода.

Рисунок 14 - Сечение экспериментального канала (выделена ячейка подачи №20) и общий вид объемного элемента слоя экспериментальной модели (на примере центрального элемента)

Исходя из определения коэффициента межканального обмена р, выражались значения поперечных расходов теплоносителя из одного объемного элемента в другой, после чего для нахождения распределения трассера по сечению и длине экспериментальной модели составлялась система уравнений баланса массы трассера, переносимой потоком в осевом и поперечном направлениях. Данная система уравнений представляет собой замкнутую систему линейных уравнений с 32-мя неизвестными концентрациями, для решения которой требуется задание исходных значений концентрации трассера в первом слое.

После нахождения значений концентраций трассера в объемных элементах первого слоя аналогичным образом составляется и решается система уравнений для второго слоя. Общий вид системы остается прежним, в каждом из уравнений добавляется лишь составляющая, учитывающая осевой перенос трассера из предыдущего слоя.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных (рисунок 15) позволило подобрать оптимальное значение коэффициента межканального обмена р (р = const). По результатам проведенных исследований распределения концентрации трассера в «гладком пучке» экспериментальной модели 25-стержневого фрагмента ТВС-КВАДРАТ реактора типа PWR значение коэффициента межканального обмена составило ц = 0,173 м"1, что хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований

различных авторов, проведенных с помощью метода трассера или теплового следа. 1600 1500 1400 13оо 1200 1100 1000

t900 800

о 700 600

500

400

300

200

100

о

1280 1230 1180 1130 1080 1030 980 930 880 830 780 730 680 630 580 530 480 430 380 330

L„ мм

Рисунок 15 - Распределение экспериментальных и расчетных значений концентраций трассера для характерных ячеек по длине ЭМ с «гладким пучком» твэлов

Далее была разработана математическая модель распределения концентраций трассера по сечению экспериментального канала с перемешивающей дистанционирующей решеткой. В данном случае необходимо учитывать наряду с турбулентным переносом теплоносителя поперечный конвективный перенос, причиной которого являются дефлектора, установленные на верхних кромках перемешивающих дистанционирующих решеток. Различие вклада этих течений в процесс поперечного переноса массы заключается в том, что через любую элементарную площадку на поверхности некоторого

Зона №20 (эксперимент) Зона№19. 21 (эксперимент) •Зона №20 (расчет) -Зона№19. 21 (расчет)

выделенного объёма жидкости турбулентный перенос, вообще говоря, осуществляется как вдоль, так и против направления внешней нормали к элементу поверхности, в то время как конвективный перенос происходит однонаправленно. Тогда для определения распределения концентрации трассера по каждому сечению канала требуется задание для каждого сечения двух параметров: значения поперечного расхода жидкости через боковые границы элемента слоя за счет турбулентного переноса жидкости (Сс) и значения расхода жидкости через границы элементов слоев, вызванного турбулизирующими дефлекторами перемешивающей дистанционрующей решетки (б,.).

При постановке пояса перемешивающих дистанционирующих решеток схема направлений поперечных конвективных течений, вызванных влиянием дефлекторов, представлена на рисунке 16а. В таком случае картина поперечных течений, например, в элементе, в основании которого располагается центральная ячейка, выглядит следующим образом (рисунок 166).

канале с ПДР (а) и схема поперечных течений на примере центрального элемента №20 (б).

Согласно этой картине суммарный перенос массы жидкости через одно из боковых граней объемного элемента составляет й, = 2Ос + й,.. Таким образом, обратную задачу по известному распределению концентрации трассера определить соответствующие два независимые друг от друга параметра и й, невозможно решить однозначно. Но если допустить, что присутствие дефлекторов не сказывается на общем уровне турбулизации потока решеткой, то тогда можно считать, что поперечный турбулентный перенос в канале с перемешивающей дистанционирующей решеткой совпадает с поперечным переносом в канале с решеткой без дефлекторов, т.е. в «гладком пучке». Поэтому, балансовые соотношения концентрации трассера были дополнены поперечным переносом за счет турбулизирующих дефлекторов и, как для «гладкого пучка» в каждом из слоев была составлена система уравнений баланса массы трассера, переносимой потоком в осевом и поперечном направлениях.

По результатам проведения расчетных исследований распределения концентрации трассера по сечению и длине 25-стержневого фрагмента модели ТВС-КВАДРАТ реактора типа PWR при установке ПДР различного типа определяем характер изменения коэффициента межканального обмена по длине ЭМ (рисунок 17). На определенном расстоянии от ПДР влияние турбулизирующих дефлекторов ПДР прекращается, дальнейшее распределений концентраций газа трассера в потоке теплоносителя происходит за счет естественной турбулентности потока.

По результатам расчетных исследований распределения по длине ЭМ коэффициента межканального обмена для ПДР с дефлекторами типа 7/25°, типа 9/25° и типа 7,7/30° были выявлены основные общие закономерности массообмена и движения потока теплоносителя за поясом ПДР. Наибольшее значение (максимум) коэффициента межканального массообмена для ПДР различного типа:

-для ПДР с дефлекторами типа 7/25° на расстоянии Ud =53,89 (/=330 мм) и соответствует значению ц = 12,6 м"1, при этом область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А!/d «20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 9/25° на расстоянии 4d-55,21 (/=280 мм) и соответствует значению ц = 15,3 м"1, при этом область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А//d»20,5 (/=740 мм):

- для ПДР с дефлекторами типа 7,7/30° на расстоянии Hd =55,27 (/=280 мм) и соответствует значению ц = 16,4 м'1, при этом область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет A//rf«17,8 (/=640 мм).

L, мм

Рисунок 17 - Изменение по длине ЭМ коэффициента межканального обмена при постановке ПДР с дефлекторами типа 7/25°, 9/25°, 7,7/30°

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создан и введен в эксплуатацию экспериментальный стенд для исследования локальных характеристик массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в моделях фрагментов TBC и активных зон реакторов типа PWR и ВВЭР.

2. Изготовлены масштабные экспериментальные модели фрагментов TBC и активных зон ядерных реакторов типа PWR и ВВЭР, включающие в себя имитаторы твэлов, дистанционирующие и перемешивающие решетки различного конструктивного исполнения.

3. Разработаны и адаптированы средства измерения для проведения экспериментальных исследований по изучению локальной гидродинамики потока теплоносителя и получения характеристик межъячеечного массообмена методом инжекции пропанового трассера.

4. Разработаны методики проведения экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик однофазного потока в масштабных экспериментальных моделях ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора Р\¥1*, а также методики по определению режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях, определения участков гидродинамической стабилизации потока и нахождения границ зон автомодельного течения теплоносителя в целях подтверждения представительности проводимых исследований. Проведена апробация методик проведения экспериментальных исследований для подтверждения достоверности получаемых результатов, определены погрешности измеряемых величин.

5. Проведены комплексные исследования и определены характеристики локального массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора Р\М1 при установке перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения. По результатам экспериментальных исследований определены основные особенности течения теплоносителя в пучках твэлов при наличии перемешивающих решеток различной конструкции.

6. Определены расстояния, на которых происходит эффективное перемешивание трассера за перемешивающими дистанционирующими решетками ТВС-КВАДРАТ реактора Р\\П с дефлекторами с различными высотами и углами отгиба, они составляют:

а) для ПДР с дефлектором типа 7 мм/25° - Д//^23-25;

б) для ПДР с дефлектором типа 9 мм/25° - А1/с/=25-27;

в) для ПДР с дефлектором типа 7,7 мм/30° - Д//с/=24-26.

7. Определены расстояния, на которых происходит эффективное перемешивание трассера за перемешивающими решетками ТВСА реактора ВВЭР при постановке различных типов перемешивающих решеток:

а) эффективное перемешивание трассера в поперечном сечении 19-стержневой модели фрагмента ТВСА реактора ВВЭР заканчивается на расстоянии Ш ~ 18+20 после ПР типа «закрутка вокруг твэла» с дефлектором 4,5 мм и углом отгиба 45°, на расстоянии Ш ~ 20н-21 после ПР с дефлектором 4,5 мм и углом отгиба 35° и на расстоянии 1М~ 25+27 после ПР с дефлекторами 3,5 мм и углами отгиба 35°- 45°;

б) эффективное перемешивание в поперечном сечении 61-стержневой модели ЭМ происходит на расстоянии АШ& 14+16 после перемешивающей решетки типа «закрутка вокруг твэла» с дефлектором высотой 4,5 мм и углом отгиба 35°.

8. Затухание возмущений массообменных процессов за перемешивающими решетками происходит на значительно большем расстоянии по сравнению с затуханием поперечных скоростей потока, возникающих за турбулизирующими дефлекторами.

9. Разработан расчетный алгоритм для определения коэффициента межканального обмена в квадратной упаковке твэлов при постановке поясов перемешивающих

дистанционирующих решеток на основе экспериментальных данных, полученных методом диффузии газового трассера.

10. Получена зависимость коэффициента межканального обмена по длине ЭМ при постановке ПДР с разными типами дефлекторов, которая отличается величиной максимума коэффициента межканального обмена и протяженностью области распространения возмущений.

-для ПДР с дефлекторами типа 7/25° цтах = 12,6м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет Д !/d~2Q,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 9/25° цт" = 15,3м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет Д //¿/»20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 7,7/30° цгаах = 16,4м'1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет Д /Д/®17,8 (/=640 мм).

11. На основе экспериментальных данных был создан компьютерный анимационный фильм, который дает представление о характере течения теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ с перемешивающими дистанционирующими решетками в реакторе типа PWR.

12. Полученные результаты используются для расчета эффективности перемешивающих дистанционирующих решеток в разрабатываемых прикладных программах и являются базой данных при расчетах теплотехнической надежности активных зон реакторов типа ВВЭР и PWR.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах

1. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е. и др. Особенности гидродинамики и массообмена теплоносителя в ТВСА-АЛЬФА реактора ВВЭР // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 2010, №1, С. 42-48.

2. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е. и др. Экспериментальные исследования эффективности перемешивания теплоносителя в обоснование выбора оптимальной конструкции ТВСА для внедрения в реакторы типа ВВЭР // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 2009, №1, С. 88-87.

3. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е. и др. Особенности гидродинамики теплоносителя в альтернативных TBC реакторов ВВЭР-1000 при использовании перемешивающих решеток // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2006. №4. С. 70-76.

4. Бородин С.С., Кууль A.C., Солнцев Д.Н. Экспериментальные исследования локального массообмена теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реакторов типа PWR методом пропанового трассера. Сб. трудов XV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии». Томск, 2009, С. 110-111.

5. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А., и др. Исследования массообменных характеристик и эффективности перемешивающих решеток ТВСА-АЛЬФА реакторов ВВЭР // Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 2010. Том 1, С. 177-180.

6. Dmitriev S., Borodin S., Legchanov M., etc. Local Hydrodynamics and Mass-transfer of Coolant in WER-1000 FA with Mixing Grids // Transactions of 8-th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety. Shanghai, China, 2010.

7. Бородин C.C., Легчанов M.A., Солнцев Д.Н., и др. Расчетно-экспериментальное исследование локального массообмена и оценка эффективности перемешивающих решеток TBC А реакторов ВВЭР-1000 методом пропанового трассера//Сб. трудов XIV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», Томск, 2008. Том 3, С. 65.

8. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А., и др. Экспериментальные исследования локального массообмена теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реакторов типа PWR//Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева. 2010. №3, С. 106-112.

9. Бородин С.С., Ершов А.Н., Нырков Д.А. и др. Экспериментальные исследования локального массообмена теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реактора PWR. Сб. тезисов XIV Нижегородской сессии молодых ученых, Н.Новгород, 2009, С. 94-95.

Ю.Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А. и др. Экспериментальное исследование эффективности перемешивающих решеток в обоснование выбора оптимальной конструкции ТВСА реакторов ВВЭР-1000 // Материалы Третьей международной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», г. Москва, 2008, С. 223-224.

П.Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А. и др. Расчетно-экспериментальные исследования массообмена потока теплоносителя в ТВСА реакторов типа ВВЭР при использовании перемешивающих решеток // Сб. тезисов докладов VI Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», г. Подольск Московской обл., 2009. С. 79.

12. Балыбердин A.C., Бородин С.С., Львов A.B. и др. Экспериментальные исследования локального массообмена теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реакторов типа PWR в обоснование эффективности перемешивающих решеток // Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород, 2010, С. 265-266.

13. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А. и др. Экспериментальные исследования массообмена в обоснование оптимальной конструкции перемешивающей решетки ТВСА-АЛБФА реакторов ВВЭР // Тезисы докладов VII международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 2010. С. 76-77.

14. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А. и др. Исследования локального массообмена теплоносителя в ТВСА реакторов ВВЭР при использовании перемешивающих решеток типа «порядная прогонка» // Сборник тезисов докладов межведомственного семинара «Теплофизика-2008». Обнинск, 2008. С. 26.

Подписано в печать 10.05.2011. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ 382.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Перечень условных обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Современное состояние исследуемого вопроса и постановка задач исследований.

1.1 Методы интенсификации теплообмена.

1.2 Обзор конструкций дистанционирующих и перемешивающих устройств для тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР и PWR

1.3 Обзор достижений в области расчетных и экспериментальных исследований повышения эффективности решеточных интенсификаторов теплообмена в TBC.

1.4 Аналитический обзор методов измерения гидродинамических и массообменных характеристик однофазных потоков

1.5 Выводы по первой главе.

Глава 2. Описание экспериментального стенда и измерительного комплекса

2.1 Описание экспериментального стенда для исследования локальных характеристик массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в моделях фрагментов TBC и активных зон ядерных реакторов

2.2 Экспериментальные модели.

2.3 Выводы по второй главе

Глава 3. Методики проведения экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях реакторов типа ВВЭР и PWR.

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях.

3.2 Методика определения коэффициента гидравлического сопротивления поясов дистанционирующих и перемешивающих решеток

3.3 Методика измерения осредненных во времени характеристик турбулентного течения пятиканальным пневмометрическим зондом.

3.4 Методика определения аксиальной скорости потока в ячейке экспериментальной модели и расчета концентраций трассера в пучках стержней

3.5 Методика проведения экспериментальных исследований по изучению локального массобмена теплоносителя в экспериментальных моделях

3.6 Методика проведения экспериментальных исследований и обработки опытных данных по изучению локальной гидродинамики теплоносителя в экспериментальных моделях.

3.7 Достоверность результатов экспериментальных исследований

3.8 Апробация методик проведения экспериментальных исследований локального массообмена в моделях TBC реакторов типа ВВЭР и PWR.

3.9 Выводы по третьей главе.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях.

4.1 Результаты исследования длины участков гидродинамической стабилизации потока в экспериментальных моделях

4.2 Результаты исследования зоны автомодельного течения в пучках твэлов экспериментальных моделей.

4.3 Результаты исследования коэффициентов гидравлического сопротивления дистанционирующих и перемешивающих решеток экспериментальных моделей.

4.4 Результаты исследования распределения концентраций трассера в экспериментальных моделях.

4.5 Результаты исследования локальной гидродинамики потока теплоносителя за дефлекторами перемешивающей дистанционирующей решетки в экспериментальной модели 25-стержневого фрагмента ТВС-КВАДРАТ реактора PWR

4.6 Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Результаты расчетных исследований по изучению массообмена потока теплоносителя в экспериментальной модели 25-стержневого фрагмента ТВС-КВАДРАТ реактора PWR.

5.1 Математическая модель распределения концентраций трассера по сечению экспериментального канала в пучке твэлов без перемешивающих и дистанционирующих решеток (так называемый гладкий пучок твэлов)

5.2 Математическая модель распределения концентраций трассера по сечению экспериментального канала с перемешивающими дистанционирующими решетками

5.3 Компьютерная визуализация течения теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реактора типа PWR при использовании перемешивающих дистанционирующих решеток.

5.4 Выводы по пятой главе.

Настоящее и будущее ядерной отрасли Российской Федерации требует создание энергоблоков, способных на максимально эффективное производство электроэнергии при условии гарантированной безопасности. Необходимо постепенно и поэтапно модернизировать отдельные элементы реакторной установки, а также повышать их технологические и эксплуатационные параметры.

В ОАО «ОКБМ Африкантов» на протяжении многих лет проводятся работы по усовершенствованию конструкций активных зон водо-водяных ядерных реакторов в целом и тепловыделяющих сборок в частности. Работы в этом направлении ведутся для решения следующих основных задач:

- реализация безопасных и экономически эффективных топливных циклов (увеличение глубины выгорания топлива, повышение мощности энергоблоков, внедрение топливных циклов увеличенной длительности);

- повышение эксплуатационного ресурса активных зон в целом и TBC в частности;

-обеспечение геометрической стабильности конструкции TBC;

- повышение эксплуатационной надежности TBC;

- создание ремонтнопригодных TBC.

Наиболее перспективным направлением решения поставленных задач является улучшение теплогидравлических характеристик тепловыделяющих сборок, которое достигается за счет использования перемешивающих решеток (ПР) в качестве интенсификаторов тепломассообмена. Такие устройства, с одной стороны, обеспечивают повышенную турбулизацию потока теплоносителя и перераспределение его по сечению сборки, а с другой стороны вызывают конвективные перетоки. Поэтому оптимальная конструкция перемешивающих решеток требует поиска вариантов, обеспечивающих наиболее благоприятное сочетание таких параметров, как интенсивность перемешивания, гидравлические потери и запасы до кризиса теплоотдачи.

В ТВС-КВАДРАТ реакторов PWR применяются пластинчатые дистанционирующие решетки, снабженные дефлекторами, позволяющими одновременно создать круговые поперечные течения теплоносителя вокруг твэлов и закрутку потока в межтвэльном пространстве.

В ТВСА реакторов ВВЭР для увеличения интенсивности межъячейкового массообмена применяются перемешивающие решетки двух типов по возможной направленности течений теплоносителя: ПР типа «закрутка вокруг твэла», посредством которых создаются круговые течения теплоносителя вокруг твэлов, и ПР типа «порядная прогонка», позволяющие повысить интенсивность межъячеечного массообмена в направлении движения теплоносителя между соседними рядами твэлов.

Конструктивные особенности пучка твэлов TBC предполагают возможность использования различных форм турбулизирующих дефлекторов, геометрических размеров и углов отгиба относительного потока теплоносителя.

Применение ТВСА и ТВС-КВАДРАТ с различными типами перемешивающих решеток в активных зонах реакторов соответственно ВВЭР и PWR требует обоснования теплотехнической надежности таких модернизированных активных зон и определения влияния конструкций решеток на гидродинамику и массообмен потока теплоносителя. Сложность математического описания трехмерного течения потока теплоносителя в пучке твэлов не позволяет решить эту задачу путем численного моделирования, поэтому основным методом изучения массообмена и гидродинамики тепловыделяющих сборок является экспериментальное исследование масштабных и полноразмерных моделей кассет и фрагментов активных зон на аэро- и гидродинамических стендах.

Ввиду этого экспериментальное исследование особенностей массообменных процессов и закономерностей формирования локальных гидродинамических и массообменных характеристик потока теплоносителя в пучках твэлов TBC при использовании перемешивающих решеток является актуальной задачей, решение которой позволяет обосновать теплотехническую надежность активных зон реакторов ВВЭР и PWR.

Цель диссертационной работы:

Цель работы состоит в исследовании особенностей локальной гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в тепловыделяющих сборках реакторов ВВЭР и PWR с перемешивающими решетками различного конструктивного исполнения, определении их эффективности для обоснования выбора оптимальных конструкций TBC.

Для достижения цели:

- экспериментально исследовано влияние перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения на массообмен потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR.

- исследованы распределения локальных гидродинамических характеристик потока теплоносителя в ТВСА и ТВС-КВАДРАТ реакторов ВВЭР и PWR с поясами перемешивающих решеток, а также за турбулизирующими дефлекторами вышеуказанных решеток.

- определено на основе полученных экспериментальных данных влияние конструктивных параметров перемешивающих решеток различного типа на эффективность перемешивания потока теплоносителя по сечению ТВСА и ТВС-КВАДРАТ;

- обобщена экспериментальная информация и создан банк данных для верификации CFD-кодов и программ детального поячеечного расчета активных зон реакторов^ ВВЭР и PWR с целью уменьшения консерватизма в расчетах теплотехнической надежности активных зон.

Научная новизна:

- разработаны методики проведения экспериментальных исследований, позволяющие изучить локальный массообмен и гидродинамику потока теплоносителя в моделях фрагментов TBC ядерных реакторов методом диффузии трассера в области автомодельного течения;

- проведены комплексные исследования и определены характеристики локального массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR при установке перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения;

- по результатам экспериментальных исследований определены основные особенности течения теплоносителя в пучках твэлов при наличии интенсификаторов тепломассообмена1 в> виде перемешивающих решеток различной конструкции.

- впервые определены длины затухания возмущений потока теплоносителя, вызванные различными перемешивающими! решетками в ТВСА реактора ВВЭР и; ТВС-КВАДРАТ peaKTopaPWR;

- впервые определена глубина распространения, возмущений в соседние тепловыделяющие сборки при постановке в ТВСА реактора ВВЭР' перемешивающих решеток различной конструкции;

- в соответствии с разработанной расчетной моделью получены, величины коэффициента межканального обмена для гладкого» пучка квадратной компоновки'твэлов и эффективного (включая: конвективный) коэффициента межъячеечного массообмена в TBC реакторов PWR с перемешивающими решетками.

Практическая ценность и реализация результатов работы:;

Результаты исследования локальных характеристик массообмена и; гидродинамики потока теплоносителя; в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов ВВЭР и PWR приняты для практического использования в ОАО «ОКБМ Африкантов» при обосновании; теплотехнической надежности активных зон.

Анализ распространения концентраций газа трассера позволил детализировать картину течения потока теплоносителя за поясами перемешивающих решеток, оценить их эффективность, выбрать оптимальную конструкцию с точки зрения сочетания таких параметров как интенсивность перемешивания потока теплоносителя и гидравлическое сопротивление решетки.

Результаты исследований используются в качестве банка экспериментальных данных для тестирования программ детального поячеечного расчета активных зон в целях уменьшения консерватизма при> расчетах теплотехнической надежности реакторов ВВЭР и PWR и учета в натурных условиях влияния поясов перемешивающих решеток на гидродинамику и массообмен теплоносителя в TBC.

Достоверность основных научных положений и выводов диссертации:

Основные научные положения и выводы по работе хорошо согласуются с современными представлениями о гидродинамических и тепломассообменных процессах в пучках стержней при турбулентном режиме течения жидкости. Предлагаемые рекомендации основаны на результатах ряда этапов экспериментальных исследований на моделях фрагментов тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР с ТВСА и реакторов Р\\П с ТВС-КВАДРАТ с обоснованием представительности проводимых исследований и расчетом погрешности измеряемых величин. Аэродинамический стенд и измерительный комплекс прошли аттестацию Госповерителем.

Личный вклад автора:

Автором лично разработаны методики проведения экспериментальных исследований, способы обработки и анализа их результатов, алгоритмы расчетного определения эффективности перемешивающих решеток.

В проектировании, монтаже экспериментального стенда и моделей, а также в проведении экспериментальных исследований автор принимал непосредственное участие в составе исследовательского коллектива.

Постановка задачи и развитие исходных концепций были сделаны научным руководителем.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы были представлены и получили одобрение на:

- 1У-ой и У-ой Российских национальных конференциях по теплообмену (г. Москва, 2004 г. и 2010 г.);

- У-ой и У1-ой Международных научно-технических конференциях «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (г. Подольск, 2007 г. и 2008 г.);

- Ш-ей Международной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках», (г. Москва, 2008 г.) I

- Межведомственном семинаре «Теплогидравлические аспекты безопасности активных зон, охлаждаемых водой и жидкими металлами» (г. Обнинск, 2008 г.)

- Х1У-ой и ХУ-ой Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», (г. Томск, 2008 г. и 2009 г.);

- Научной сессии МИФИ-2010 в секции "Физико-технические проблемы ядерной энергетики", (Москва, 2010 г.)

- Х1-ой, ХП-ой, ХШ-ой, Х1У-ой и ХУ-ой Нижегородских сессиях молодых ученых (Техническое направление) (г. Н. Новгород, 2006-2010 г.г.);

- У-ой, У1-ой, УП-ой, УШ-ой и 1Х-ой Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, 2006-2010 г.г.);

- научных семинарах кафедры «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия» (2005-2010 г.г.).

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, рисунков 114, таблиц 3, и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 77 наименований.

5.4 Выводы по пятой главе

1. Разработан расчетный алгоритм для определения коэффициента межканального обмена в квадратной упаковке твэлов при постановке поясов перемешивающих дистанционирующих решеток на основе экспериментальных данных, полученных методом диффузии газового трассера.

2. На определенном расстоянии от решетки влияние * турбулизирующих дефлекторов прекращается, дальнейшее распределений концентраций газа трассера в потоке теплоносителя происходит за счет естественной турбулентности потока.

3. Вид зависимости коэффициента межканального обмена по длине ЭМ при постановке ПДР с разными типами дефлекторов имеет одинаковый характер, отличается величиной максимума коэффициента межканального обмена и протяженностью области распространения возмущений.

-для ПДР с дефлекторами типа 725 цтах = 12,6м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //¿/«20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 925 ртах = 15,3м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //¿/«20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 7730 ртах = 16,4м'1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //¿/«17,8 (/=640 мм).

4. Полученные результаты используются для расчета эффективности перемешивающих дистанционирующих решеток в разрабатываемых прикладных программах и являются базой данных при расчетах теплотехнической надежности активных зон с TBC—КВАДРАТ.

5. На основе экспериментальных данных был создан компьютерный анимационный фильм, который дает представление о характере течения теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ с перемешивающими дистанционирующими решетками в реакторе типа PWR.

6. Созданный компьютерный фильм позволяет наглядного представить кинематику течения теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реактора типа PWR при использовании перемешивающих дистанционирующих решеток.

7. Созданный компьютерный анимационный позволил выявить характерные особенности пространственного турбулентного течения теплоносителя и процессов поперечного массопереноса в исследуемой ячейке ТВС-КВАДРАТ.

Заключение

1. Создан и введен в эксплуатацию экспериментальный стенд для исследования локальных характеристик массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в моделях фрагментов TBC и активных зон реакторов типа PWR и ВВЭР.

2. Изготовлены масштабные экспериментальные модели фрагментов TBC и активных зон ядерных реакторов типа PWR и ВВЭР, включающие в себя имитаторы твэлов, дистанционирующие и перемешивающие решетки различного конструктивного исполнения.

3. Разработаны и адаптированы средства измерения для проведения экспериментальных исследований по изучению локальной гидродинамики потока теплоносителя и получения характеристик межъячеечного массообмена методом инжекции пропанового трассера.

4. Разработаны методики проведения экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик однофазного потока в масштабных экспериментальных моделях ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR, а также методики по определению режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях, определения участков гидродинамической стабилизации потока и нахождения границ зон-автомодельного течения теплоносителя в целях подтверждения представительности проводимых исследований. Проведена апробация методик проведения экспериментальных исследований для подтверждения достоверности получаемых результатов, определены погрешности измеряемых величин.

5. Проведены комплексные исследования и определены характеристики локального массообмена и гидродинамики потока теплоносителя в ТВСА реактора ВВЭР и ТВС-КВАДРАТ реактора PWR при установке перемешивающих решеток различного конструктивного исполнения. По результатам экспериментальных исследований определены основные особенности течения теплоносителя в пучках твэлов при наличии перемешивающих решеток различной конструкции.

6. Определены расстояния, на которых происходит эффективное перемешивание трассера за перемешивающими дистанционирующими решетками ТВС-КВАДРАТ реактора PWR с дефлекторами с различными высотами и углами отгиба, они составляют: а) для ПДР с дефлектором типа 7 мм/25° - Ä//t/=23-25; б) для ПДР с дефлектором типа 9 мм/25° - Al/d=25-27; в) для ПДР с дефлектором типа 7,7 мм/30° - Д//¿/=24-26.

7. Определены расстояния, на которых происходит эффективное перемешивание трассера за перемешивающими решетками ТВСА реактора ВВЭР при постановке различных типов перемешивающих решеток: а) эффективное перемешивание трассера в поперечном сечении. 19-стержневой модели фрагмента ТВСА реактора ВВЭР заканчивается на расстоянии Ш ~ 18-^20 после ПР типа «закрутка вокруг твэла» с дефлектором 4,5 мм и углом отгиба 45°, на расстоянии Ш ~ 20-К21 после ПР с дефлектором 4,5 мм и углом отгиба 35° и на расстоянии Ш ~ 25^-27 после ПР с дефлекторами 3,5 мм и углами отгиба 35°- 45°; затухание возмущений массообменных процессов за ПР типа «порядная прогонка» происходит на расстоянии Д//У~21-^23, что примерно соответствует длине затухания возмущений в ЭМ с поясом ПР типа «закрутка вокруг твэла». б) эффективное перемешивание в поперечном сечении 61-стержневой модели ЭМ происходит на расстоянии А //с/« 14-И6 после перемешивающей решетки типа «закрутка вокруг твэла» с дефлектором высотой 4,5 мм и углом отгиба 35°.

8. Затухание возмущений массообменных процессов за перемешивающими решетками происходит на значительно большем расстоянии по сравнению с затуханием поперечных скоростей потока, возникающих за турбулизирующими дефлекторами.

9. Разработан расчетный алгоритм для определения коэффициента межканального обмена в квадратной упаковке твэлов при постановке поясов перемешивающих дистанционирующих решеток на основе экспериментальных данных, полученных методом диффузии газового трассера.

10. Получена зависимость коэффициента межканального обмена по длине ЭМ при постановке ПДР с разными типами дефлекторов, которая отличается' величиной максимума коэффициента межканального обмена и протяженностью области распространения возмущений.

-для ПДР с дефлекторами типа 7/25° цшах = 12,6м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //¿/«20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 9/25° р,тах = 15,3м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //с/ «20,5 (/=740 мм);

-для ПДР с дефлекторами типа 7,7/30° р.тах = 16,4м"1, область распространения возмущений массообменных процессов за ПДР составляет А //¿/«17,8 (/=640 мм).

11. На основе экспериментальных данных был создан компьютерный анимационный фильм, который дает представление о характере течения теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ с перемешивающими дистанционируюгцими решетками в реакторе типа PWR.

12. Полученные результаты используются для расчета эффективности перемешивающих дистанционирующих решеток в разрабатываемых прикладных программах и являются базой данных при расчетах теплотехнической надежности активных зон реакторов типа ВВЭР и Р\УЯ

1. Патент 3847736, США, G21c 3/34, Дистанционирующая решетка ЯР с завихрителем потока, заявл. 20.02.95, опубл. 12.11.74.'

2. Патент 4725403, США, G21c 3/34, 376/439, Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки с коробчатым дефлектором потока, заявл. 14.11.86, опубл. 16.02.88.

3. Заявка ЕР 1139348А1, G21c 3/322, Закручивающий дефлектор для направленного смешения теплоносителя в ядерной топливной сборке, заявл. 15.05.00, опубл. 04.10.01.

4. Патент 6236702В1, США, G21c 3/34, 376/462, Дистанционирующая решетка с закрученными дефлекторами и пружинами гидравлического давления для топливной сборки, заявл. 24.07.98, опубл. 22. 05.01.

5. Заявка WO 02/03394A1, G21c 3/322, Дистанционирующая решетка для топливной сборки ядерного реактора, заявл. 03.07.2000, опубл. 10.01. 2002.

6. Заявка ЕР 0971363А1, G21c 3/322, Дистанционирующая решетка для топливной сборки ядерного реактора, заявл. 08.07.98, опубл. 12.01.2000.

7. Kwang-Yong Kim, Jun-Woo Seo. Shape optimization of a mixing vane to enhance turbulent heat, transfer in subchannel of nuclear reactor // Proc. 10th Int. Top. Meet. Nucl. React. Therm. Hydraulics (NURETH-10), E00202, Oct. 5-9,2003 / Seoul, Korea, 2003.

8. Заявка 2787234 Al, Франция, G21c 3/352, Дистанционирующая решетка для топливной сборки ядерного реактора, заявл. 14.12.98, опубл. 16.06.2000.

9. Патент 4728489; США, G21c 3/34, Дистанционирующая решетка с интегральными лопатками, заявл. 20.06.86, опубл. 01.03.88.

10. Патент ЕР 0769784В1, G21c 3/322, G21c 3/356, Ядерная топливная сборка и дистанционирующее устройство для ядерной топливной сборки, заявл. 20.10.95, опубл.02.06.99.

11. Патент 5299245, США, G21c 3/34, 376-439, Дистанционирующая решетка для ядерной топливной сборки, заявл. 2.11.92, опубл. 29.03.94.

12. Заявка WO 02/03394А1, G21c 3/322, Дистанционирующая решетка для топливной сборки ядерного реактора, заявл. 28.06.2001, опубл. 10.01.2002.

13. Hoshi М., Ikeda К., Izumi Н., Suemura Т. Crossflow study of PWR mixed core II -evaluation for staggered mixing vane grid // Proc. 6th Int. Conf. Nucl. Engineering, ICONE-6205, May 10-14, 1998/ASME, 1998.

14. Патент 3379619, США, 376-439, Топливная сборка для ядерного реактора, заявл. 25.05.66, опубл. 23.04.68.

15. Патент 3121972, Япония, 7 G21c 3/33, Тепловыделяющая сборка, заявл. 03.12.93, опубл. 09.01.2001.

16. Заявка WO 99/01873, 6 G21c 3/322, Ядерная топливная сборка с гидравлически сбалансированными лопастями, заявл. 02.07.97, опубл. 14.01.99.

17. Заявка WO 99/03107, 6 G21c 3/322, Ядерная топливная сборка с имеющей смесительные лопасти решеткой, заявл. 11.07.97, опубл. 21.01.99.

18. Yong Hwan Kim, Young Ki Jang, Kyu Tae Kim, Advanced PLUS7 grid design and mechanical, thermo-hydraulic test // Proc. 10th Int. Top. Meet. Nucl. React. Therm. Hydraulics (NURETH-10), 100102, Oct. 5-9, 2003 / Seoul, Korea, 2003.

19. Патент ЕПВ(ЕР) 0181264B1, G21c 3/34, Дистанционирующая решетка со смесительными ребрами для топливной сборки ядерного реактора, заявл. 05.11.85, опубл. 12.07.89.

20. Селиванов, В.М., Корниенко, Ю.Н., Сорокин, А.П. Методы и программы поканального теплогидравлического анализа сборок твэл, охлаждаемых кипящим теплоносителем. Обзорная информация ОБ-110. ОНТИ ФЭИ, Обнинск, 1980. - С. 65.

21. Селиванов В.М., Леончук М.П., Корниенко Ю.Н. Методы и программы расчета динамики теплогидравлических процессов в ядерных реакторах // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и Техника Ядерных Реакторов. 1988. - № 1. - С. 57-69.

22. Селиванов Ю.Ф., Пометько P.C., Н.И. Перепелица и др. Исследования дистанционирующих и смесительных устройств применительно к TBC PWR. Отчет ГНЦ РФ-ФЭИ ГУП "ТФЦ", инв. № Т19-014/4, 2003.

23. Основные характеристики и особенности дистанционирующих и смесительных решеток для TBC PWR. Отчет ГНЦ РФ-ФЭИ, инв. № 11415, 2004.

24. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. -208 с.

25. Перепелица Н.И. Смесительные дистанционирующие решетки для тепловыделяющих сборок LWR с треугольной упаковкой // Атомная техника за рубежом. 2006. - № 11. - С. 3-7.

26. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по гидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энегроатомиздат, 1990. -359 с.

27. Федоров Л.Ф., Нехорошев П.М. Гидравлическое сопротивление пучков круглых гладких стержней при продольном обтекании жидкости// Вопр. Атомн. Науки и Техн. Сер. Физи-ка и Техника ЯР. 1981. - Вып. 3(16). - С. 48-51.

28. Chieng С.С and Lin С. Velocity distribution in the peripheral subchannels of the CANDU-type 19-rod bundle//Nuclear Engineering & Design.- 1979.-V. 55.-P. 389-394.

29. Rehme В. К. and Trippe G. Pressure drop and velocity distribution in rod bundles with spacer grids // Nuclear Engineering & Design. 1980. - V. 62. - P. 349-359.

30. Перепелица Н.И. Дистанционирующие решетки с локальными завихрителями для тепло-выделяющих сборок PWR // Атомная техника за рубежом. 2006. - № 1. - С. 3-7.

31. Перепелица Н.И. Диетанционирующие решетки со смесительными лопатками для тепловыделяющих сборок PWR // Атомная техника за рубежом. 2006. - № 2. - С. 3-9.

32. Перепелица Н.И. Смесительные диетанционирующие решетки без локальных завихрителей и направляющих лопаток для тепловыделяющих сборок PWR // Атомная техника за рубежом. 2006. - № 3. - С. 3-7.

33. Shen Yue Fen, Cao Zi Dong and Lu Qing Gang. An investigation of crossflow mixing effect cased by grid spacer with mixing blades in a rod bundle // Nucl. Eng. & Design. 1991. - V. 125. -P. 111-119.

34. Kim Kwang-Yong and Seo Jun-Woo. Shape optimization of Mixing Vane to enhance Turbulent Heat Transfer in Subchannel of Nuclear Reactor // 10-th Int. Topical Meeting on Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-10), E00202, Seoul, Korea, October 5-9, 2003.

35. Park Jong Seuk and Choi Young Don. A study of Turbulent Flow in Rod Bundle Subchannel by the Large Scale Secondary Vortex Flow Mixing Vane //10-th Int. Topical Meeting on Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-10), D00309, Seoul, Korea, October 5-9,2003.

36. Silin N., Juanico L. & Delmastro D. Thermal mixing between subchannels: measurement method and applications // Nuclear Engineering & Design. 2004. - V. 227. - P. 51-63.

37. Жуков A.B., Сорокин А.П., Матюхин H.M. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов: расчетные программы и практическое приложение. М. Энергоатомиздат 1991г.

38. Жуков А.В., Свириденко Е.Я., Матюхин Н.М. Исследование гидродинамики сложного течения в сборках стержней с дистанционирующей проволочной навивкой. Препринт ФЭИ-665.

39. Влияние блокировки проходного сечения модельной сборки ТВС б.р. на распределение скоростей теплоносителя. Препринт ФЭИ, 1961.

40. Пешехонов Н. Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах. М., Оборонгиз, 1962.

41. Левченко Ю.Д., Субботин В.И., Ушаков П.А. Распределение скоростей теплоносителя и напряжений на стенке плотно упакованных стержней-. «Атомная энергия» т.22 Вып.З 1967г.

42. Бибиков Л.И., Левченко Ю.Д. и др. Профили скорости жидкости на входном участке полотно упакованных пучков стержней. «Атомная энергия» т.35 Вып.1 1973г.

43. Субботин В.И., Левченко Ю.Д., Ушаков П.А. Экспериментальные исследования осредненых характеристик турбулентного потока в ячейках пучков стержней. «Атомная энергия» т.ЗЗ Вып.5 1973г.

44. Престон М. Механика (сборник переводов иностр. период, литературы.) Издат. иностр. лит. 1955г. стр 64.

45. Бобков В.П., Грибанов Ю.И. Статистические измерения в турбулентных потоках. Москва, Энергоатомиздат, 1988г.

46. Поуп А., Гойн К. Аэродинамические трубы больших скоростей. М. Мир, 1968г.

47. Субботин В.И., Ушаков П.А., Левченко Ю.Д. и др. Осредненные характеристики турбулентного потока воздуха на входном участке круглой трубы. Препринт ФЭИ-599. Обнинск, 1975.

48. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И., Бобков В.П. и др. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах. М.: Атомиздат, 1978, 296 с.

49. Хинце И.О. Турбулентность, М.: Физматгиз, 1963.

50. Будов В.М., Дмитриев С.М. Форсированные теплообменники ЯЭУ. — М.: Энергоатомиздат, 1989. 176 с.

51. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы).- М.: Энергоатомиздат, 1990.-360 с.

52. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. -Л.: Машиностроение, 1974. —460 с.

53. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978.

54. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е. и др. Особенности гидродинамики и массообмена теплоносителя в ТВСА-АЛЬФА реактора ВВЭР // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 2010, №1, С. 42-48.

55. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е. и др. Особенности гидродинамики теплоносителя в альтернативных TBC реакторов ВВЭР-1000 при использовании перемешивающих решеток // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2006. №4. С. 70-76.

56. Бородин С.С., Дмитриев С.М., Легчанов М.А., и др. Исследования массообменных характеристик и эффективности перемешивающих решеток ТВСА-АЛЬФА реакторов ВВЭР//Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 2010. Том 1,С. 177-180.

57. Бородин С.С., Ершов А.Н., Нырков Д.А. и др. Экспериментальные исследования локального массообмена теплоносителя в ТВС-КВАДРАТ реактора PWR. Сб. тезисов XIV Нижегородской сессии молодых ученых, Н.Новгород, 2009, С. 94-95.