19961

Общая схема последовательности стадий разработки облучательного устройства

Лекция

Физика

Познакомить слушателей с вопросами разработки и конструирования облучательных устройств для пассивных и активных реакторных испытаний. Обратить внимание на специфику конструкторских разработок облучательных устройств, последовательность проведения этой работы. Выделить наиболее важную задачу для разработки конструкции облучательного устройства- расчет поля температуры по его элементам. Приступить к постановке задачи расчета температурного поля.

Русский

2013-08-13

28.5 KB

3 чел.

Конспект занятия 9.

Цель.

Познакомить слушателей с вопросами разработки и конструирования облучательных устройств для пассивных и активных реакторных испытаний. Обратить внимание на специфику конструкторских разработок облучательных устройств, последовательность проведения   этой работы. Выделить наиболее важную задачу для разработки конструкции облучательного устройства- расчет поля температуры по его элементам. Приступить к постановке задачи расчета температурного поля.

План.

1.  Общая схема последовательности стадий разработки облучательного устройства.

2. Обоснование необходимости тепловых расчетов облучательных устройств.

3. Постановка задачи о распределении температуры в облучательном устройстве.

    Разработка конструкции облучательного устройства сопряжена с необходимостью  учета ряда специфических факторов. Малые радиальные размеры реакторных каналов, внутренние тепловыделения в элементах конструкции устройства и испытуемом образце, влияние облучения на первичные преобразователи измеряемых величин, повышенные требования к надежности - все это требует проведения, иногда весьма сложных расчетов конструкции на стадии проектирования.

     На рис.3.1. представлена общая схема последовательности стадий разработки облучательного устройства. Естественно, что  в ней присутствуют все основные стадии конструкторской   разработки, используемые при создании конструкций в машиностроении,  однако, имеется и специфика.

     Остановимся на специфических особенностях проектирования облучательных устройств. Формулировке   задачи по постановке реакторного эксперимента (I) должно уделяться особое внимание. Должны быть выяснены достаточно веские основания в необходимости постановки реакторного эксперимента и, в частности, вопрос: нет ли каких-либо возможностей обойтись без создания новой конструкции облучательного устройства.

     Естественно, что это, прежде всего, определяется экономикой, но и не только ею, а и временным фактором, т.к. дееспособность облучательного устройства связана с

Рис.3.1..Схема проектирования и расчета облучательных устройств.

1.Техническое

задание

2.Объект  испытаний

3.Место проведения испытаний

(ГЭК, ВЭК, ВКУ ) др.)

5.Схема

тепловых

расчетов

4.Вариант

компоновки

устройства

7. Эскизный проект.

6.Программы  расчетов и проведение вычислений (6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-5)

()

8.Схема расчетов деформаций и прочности

9.Типы и местоположения датчиков

10.Радиационная обстановка эксперимента

11.Рабочий проект

12.Оценка надежности

Изготовление макета, испытания, коррекция проекта

Программы расчетов: 6-1. Полей температуры, 6-2. Деформаций и прочности, 6-3. Радиационной обстановки, 6-4. Погрешностей, 6-5. Надежности.

флюенсом, набор которого при    отладке   устройства    занимает   значительные    временные интервалы.

    Исчерпывающая информация об объекте испытаний (2) влияет  на выбор места проведения испытаний (3) - это специфическое требование при  проектировании облучательного устройства, так как режимы испытаний во многом определяются свойствами образца и характером его взаимодействия  с излучением.

    Пункты (I, 2,  3) могут служить основой для составления технического задания на проектирование облучательного устройства.

   Важнейшей частью проектных расчетов облучательного  устройства является  оценка температурного  поля по его элементам,  однако, к этой работе можно приступить, имея предварительный  вариант компоновки устройства (4) и конкретную  схему тепловых расчетов (5). Важность этой работы определяется спецификой реакторного  эксперимента, когда излучение приводит к появлению внутренних источников тепла в элементах конструкции,  а их интенсивность зависит и от свойств конструкционных материалов и образца и от местоположения устройства в реакторе.  В то же время большинство последующих расчетов (8,9,10,12), которые могут проводиться   при создании конструкции, во многом зависят   от правильной оценки температурных полей.

3.1. Постановка общей задачи расчета поля температуры в облучательном устройстве

    Расчет поля температуры облучательной установки позволяет на стадии проектирования найти оптимальные размеры нагревателя, учесть температурные деформации элементов установки, произвести прочностной расчет и более правильно наметить места расположения первичных преобразователей для измерения температур, деформаций, нагрузок.

В схематизированном виде установка представляет собой цилиндрическую конструкцию,  симметричную относительно продольной оси и плоскости серединного поперечного сечения активной зоны ядерного реактора   (рис.3.2).

    На оси установки между держателями (2) находится образец (I), вокруг которого установлены нагреватель (3), экран (4) и корпус камеры (5), представляющие  полые соосные цилиндры.

    По длине установка делится на зоны, отличающиеся условиями теплообмена, числом элементов, размерами их поперечных сечений и материалами.

Z=0

Z4

Z3

Z2

Z1

Z5

3-зона

4-зона

5-зона

2-зона

1-зона

1

4

5

3

2

Рис. 3.2. Модель установки для теплового расчета.

   В первых двух зонах нагреватель отдает тепло образцу и экранам, в остальных происходит отвод тепла от держателя через оболочку в окружающую среду.

  Каждый элемент установки может иметь внутренние источники тепла, которые возникают за счет тормозного  гамма -излучения или электронагрева.

    Методика определения полей температуры в установке основывается на следующих допущениях:

1.Расчет производится для установившегося теплового режиму.

2.Температура в поперечном сечении   элементов принята
одинаковой или усредненной по сечению.

3.Теплообмен между соседними элементами происходит в
плоскости поперечного сечения установки.

4.Внутренние источники тепла в пределах каждой зоны

равномерно распределены по всему объему элемента.

    Уравнение теплового баланса любого элемента установки учитывает передачу тепла вдоль оси z   теплопроводностью, наличие внутренних источников тепла, теплообмен с соседними элементами, или с окружающей средой и имеет вид:

λS (d2T/dz2 )+ qvS = q1 +  q2 + q3                                         (1)             

где  

λ - теплопроводность  материала элемента   (Вт./м К ) ;

S - площадь поперечного сечения (м2);

qv  - плотность внутренних источников тепла (Вт/м3 );  

q1 - радиальный поток тепла между смежными элементами  от излучения;

q2  - то же   за счет теплопроводности через газ;

q3 -то же в окружающую среду (для внутренних элементов установки q3= 0).

Потоки тепла можно выразить:

    а) от излучения:

q1 = σ0  пр (T 4T14)

где

σ0 = 5,76* 10-8 Вт/м2К4 - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

H- взаимная поверхность излучения смежных элементов,  в данном случае  равная периметру внутреннего элемента;

εпр -приведенный коэффициент черноты;

Т - температура излучающего элемента;

Т1 - температура поглощающего элемента;

    б) за счет теплопроводности через газ, заполняющий установку[11] :

q2 = 2 nk λг (T-T1) / ln(R/R1)

λг -теплопроводность газа в установке (Вт/мK);
R - радиус излучающей поверхности (м);
R1 - радиус поглощающей поверхности (м);
nk = 0,062 ( Рг Gr )1/ 3 104<РгGr < 107 ;

nk = 0,22 ( Рг Gr )1/ 4 107<РгGr < 1010 ;

Pr = ν / a – критерий Прандля;

Gr = TL3/ ν2 – критерий Грасгофа

g - ускорение силы тяжести;

β - коэффициент объемного расширения газа;

ν - коэффициент кинематической вязкости;

а - коэффициент температуропроводности;

T - разность температур теплопередающих поверхностей;

L - высота теплопередающих поверхностей;

         в) за счет теплоотдачи в окружающую среду:

q3 = α F(T-Tcp) (2)

где

α  - коэффициент теплообмена со средой   (Вт/м2 K),

F - наружная поверхность элемента на единицу длины (м);

Tcp - температура среды.

     Потоки тепла излучением и теплопроводностью через газ можно представить в виде:

q2+ q1= h (T-T1)

где

h= (T3+T2T1+TT12+T13) σ0  пр+ 2 nk λг (T-T1) / ln(R/R1)

- приведенный коэффициент теплообмена, а  ε пр определяется соотношением:

ε пр = (1/ε  + (1/ε 1-1) R/R1)-1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64972. Ярлык в традиции политической культуры Восточной Европы в XIV веке. Вопросы истории 71 KB
  В Москве всегда внимательно следили за всеми перипетиями внутриполитичес­кой борьбы в улусе Джучи, особенно в период великой замятии, когда в Орде в борьбе за Новосарайский престол боролись правители-однодневки. Это отразилось в русских летописях, которые позволяют судить о многих аспектах политической ис­тории Орды в данный период.
64973. АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ ФРАЗЕОЛОГИЧЕСКИХ ЕДИНИЦ В МОНГОЛЬСКИХ ЯЗЫКАХ 162 KB
  Фразеология монгольских языков неоднократно становилась объектом лингвистических исследований. В русской фразеологии принято считать, что в языке не существует настолько оригинальных фразеологизмов, что на них не распространяются законы языка.
64974. Идентичность «Танну-Урянхая» и «Урянхайская проблема» 260.5 KB
  Круг выступает также как проекция шара, признаваемая идеальным телом в мифопоэтической (религиозно-мифологической), так и в древнейшей научно-философской традиции (ср. идеи Ксенофана о шаре как образе единства ограниченности и безграничности и о шарообразности божества).
64975. Поволжье в составе Золотой Орды 148.5 KB
  Поволжье в составе Золотой Орды Монгольское завоевание в XIII в. волжские булгары в дальнейшем оказались в орбите нового политического союза Золотой Орды где в силу обширности территорий объединялись многие народы. После образования Золотой Орды где не было официальной общепринятой государственной религии среди наибольшей части местного...
64976. МОНГОЛЬСКАЯ ЛИТЕРАТУРА 79 KB
  Самым ранним образцом воспринятой монголами письменности считается надпись на так называемом Чингисовом камне в которой прославляется искусная стрельба из лука Исункэ племянника Чингиса. Вторая часть занимающая три 684 четверти всего сказания посвящена рассказу о жизни и деятельности Чингиса как создателя Монгольского государства.
64977. О НЕКОТОРЫХ «БЕССПОРНЫХ ИСТИНАХ» ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ИСТОРИИ 48.5 KB
  Но сегодня мы остановимся только на одном фрагменте это на вопросе неудачного противостояния Руси натиску монгольских завоевателей. И главной причиной поражения Руси в этой схватке нашедшей отражение в научной и публицистической литературе неизменно называется феодальная раздробленность...
64979. Относительно монгольского присутствия на Боспоре в 1222-1223 годах 48.5 KB
  В конечном итоге отряды Джебе-нойона и Субедей-багатура достигли в 1222 г. пределов северо-кавказской Алании, что и привело к первому сражению между ними и объединенными силами аланов и кипчаков. Как свидетельствуют летописи, во время сражения ни одна из сторон не смогла одержать победу...
64980. О хазара-монголах 47.5 KB
  Мусульманские страны привыкли называть монголов и тюрков «степными». Первые степные люди – тюрки в 900 г. н.э. приняв ислам и завоевав нынешние Иран, Ирак, некоторые земли Афганистана и России, обосновались на турецких землях и стали называться сельджуками.