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

67647. Русский язык. 7 класс. (Ответы с комментариями к итоговым контрольным работам) 17.77 MB
  Итоговая контрольная работа проводиться в письменной форме чтобы приобрести устойчивый навык, постарайтесь выполнить как можно больше вариантов контрольной работы из вышеназванного сборника и проверить себя по данному пособию-репетитору