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

4 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

42309. ОПРЕДЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОГО МАЯТНИКА 246 KB
  Пусть длина нити маятника т его масса. Если пренебречь силами сопротивления движению то на тело маятника действуют две силы: сила тяжести и натяжение нити . В проекции на направление касательной уравнение движения маятника запишется так: 1 Знак минус возникает потому что проекция силы противоположна направлению отклонения...
42310. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОКРАШЕННЫХ РАСТВОРОВ И РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД 995.5 KB
  Изучение особенностей прохождения света через оптически однородные и неоднородные среды. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ При прохождении света через среды и через растворы в частности происходит уменьшение его интенсивности вследствие взаимодействия световой волны с частицами вещества. Такое ослабление света называется экстинкцией. Экстинция обусловлена двумя причинами: поглощением и рассеянием света.
42311. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ С ПОМОЩЬЮ КРУГОВОГО ПОЛЯРИМЕТРА 301 KB
  Исследование процесса поляризации света при прохождении его через растворы определение концентрации оптически активного раствора по величине угла поворота плоскости поляризации. Если колебания светового вектора происходят только в одной проходящей через луч плоскости свет называется плоско или линейно поляризованным. Это приборы которые свободно пропускают колебания параллельные плоскости поляризатора и полностью или частично задерживают колебания перпендикулярные его плоскости. Поляризатор частично...
42312. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА 672.5 KB
  Теория и опыт неопровержимо свидетельствуют что свет представляет собой электромагнитные волны диапазона 040106 076106 метров. Электромагнитные волны поперечные характеризуются колебанием двух векторов: напряженности электрического поля и магнитной индукции . Колебания электрической и магнитной составляющих поля световой волны происходят в одинаковых фазах во взаимно перпендикулярных плоскостях. Как показывает исследование векторы и единичный вектор направления вдоль которого происходит распространение волны образуют...
42313. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ СПЕКТРА БЕЛОГО СВЕТА С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ 1.49 MB
  Волновая поверхность падающей волны плоскость щели и экран параллельны друг другу. Поскольку щель бесконечна картина наблюдаемая в любой плоскости перпендикулярной к щели будет одинакова. Разобьем открытую часть волновой поверхности на параллельные краям щели элементарные зоны ширины . Ее можно найти проинтегрировав по всей ширине щели : .
42314. Дисперсия света. Изучение дисперсии света 735.5 KB
  Наблюдение дисперсии света определение зависимости показателя преломления от длины волны светового излучения для конкретного вещества. Одним из наиболее давно известных человеку оптических эффектов является преломление света заключающееся в том что при переходе через границу двух сред луч света скачком меняет свое направление как бы претерпевает излом. Преломление света характеризуется относительным показателем преломления.
42315. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ 735.5 KB
  Падение напряжения на конденсаторе . Для тока в катушке имеем: сдвиг фаз между током в контуре и напряжением на конденсаторе составляет π 2 ток опережает по фазе напряжения на конденсаторе на π 2 рис. Для напряжения закон изменения имеет вид: При колебаниях происходит периодический переход электрической энергии конденсатора в магнитную энергию катушки . Для определения напряжения на конденсаторе разделим 1 на С имеем Чтобы найти закон изменения силы тока продифференцируем 1 по времени: Обозначим...
42316. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ 2.89 MB
  Заготовки отчетов должны содержать цель работы далее по каждому пункту задания: функции реализуемые цифровым устройством представленные в аналитической или и табличной форме их преобразования поясняющие процесс проектирования; схему спроектированного узла или устройства; в случаях оговоренных в описании временные диаграммы поясняющие работу цифрового устройства; таблицы для записи результатов экспериментов; Исследуемые цифровые узлы и устройства собираются на одном и том же закрепленном за бригадой универсальном...
42317. ДОСЛIДЖЕННЯ РЕЖИМIВ РОБОТИ ГРАФОПОБУДУВАЧА 31.5 KB
  Ознайомитися з принципом дї та системою команд графопобудувача HPGLдод. Дослiдити роботу графопобудувача в режимі емуляції. Принципи дiї та основнi команди графопобудувача.