19963

Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки

Лекция

Физика

Рассмотреть конкретный пример использования методики расчета температурного поля облучательного устройства. В качестве примера предлагается облучательное устройство Ритм, предназначенное для комплексного исследования пластических свойств ядерного топлива и газовыделения при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения.

Русский

2013-08-13

29.19 KB

1 чел.

Конспект занятия 11.

Цель.

   Рассмотреть конкретный пример использования методики расчета температурного поля облучательного устройства.   В качестве примера предлагается  облучательное устройство "Ритм", предназначенное для комплексного исследования пластических   свойств   ядерного  топлива  и  газовыделения  при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения. Обосновать выбор схемы для тепловых расчетов, выбор конструкционных материалов, теплофизических параметров и источников тепловыделений. Познакомить слушателей с результатами расчетов и их сопоставлением  с экспериментальными данными.

План.

1. Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки.

2.Выбор теплофизических характеристик для проведения расчетов.

3. Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчета.

  В качестве примера рассматривается облучательное устройство "Ритм", предназначенное для комплексного исследования пластических   свойств   ядерного  топлива  и  газовыделения  при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения.  

  Схематическое изображение экспериментальной установки для проведения тепловых расчетов показано на рис.3.4.

   Для практических расчетов поля температуры в установках необходимо задаться зависимостями теплофизических характеристик материалов от температуры, величинами тепловыделений в элементах установки и коэффициентами теплообмена. Кроме того необходимо задать геометрические характеристики облучательного устройства.

    

    Конструкционными материалами облучательных устройств обычно являются: алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь молибден и вольфрам. Исследования могут проводиться на образцах из урана, его соединений и сплавов с различным обогащением по урану-235.

Рис.3.4.Модель для расчета аксиального поля температуры.

5

Z1

Z2

Z3

Z4

Z=0

R0

R1

RН

R2

R3

Rоб JjОБ

R4

1

2

3

4

6

    В соответствии с рекомендациями [12] зависимость теплопроводности от температуры молибдена может быть аппроксимирована двумя прямыми:

λ = 144-0,0378 (Т-273) (Вт/м K)  при Т < 2120 К   

λ=  74-0,0092 (T-2I20) (Вт/м K)   при Т > 2120 К   

Теплопроводность нержавеющей стали [13] может быть описана параболической зависимостью от температуры:   

λ = 33,2 - 11,2*I0-6 (730 + Т)*(1273 - Т) (Вт/м K).

Теплопроводность алюминия в [ 13] аппроксимирована формулой:

λ = 210 (1,2)(T-350)/345 (Вт/м K)

    Зависимость теплопроводности вольфрама   от температуры [12] можно представить полиномом второй степени:

λ= 0,971*10-5 Т2 + 0,0548 T + 168,6.

    Теплопроводность гелия, которым заполняется испытательная камера, как функция температуры, в соответствии с рекомендацией [14] описывается: соотношением:

λ = λ0*(Т/273)0.73

где λ0 - теплопроводность гелия при Т = 273 К.

    Степень черноты по данным [15 ] и [11] в зависимости от температуры апроксимируется следующими уравнениями:

для молибдена - ε = I,024*I0-4 T,

для вольфрама - ε = I,389*I0-4 T,

для нержавеющей стали в диапазоне температуры 400-1200 К

                            ε = 0,0814(Т)0.3,

для алюминия в пределах 293-323 К  ε  может быть принята постоянной, равной 0,1.

     Коэффициент теплообмена с окружающей средой α определяется по рекомендациям [11] . Его величина для воздуха меняется слабо и может быть принята постоянной, равной 7 Вт/м 2  К .

При охлаждении стенки камеры водой  в отсутствии кипения в пристенном слое α   рекомендуется [11] выбирать в пределах ; 600-1800 Вт/м 2 К. В условиях бассейнового реактора ИРТ-МИФИ при температуре воды 318 К и возможной разности температур между стенкой и водой ~ 45 К можно принять   α = 880 Вт/м2 К.

   

    Тепловыделение в  топлива в соответствии с рекомендациями

[ 9 ] определяется выражением:

qv = 0.3*10-10 N (m 5 σ 5 Ф Т / A 5 + m 8 σ 8 Ф Б / A 8 ) + ρ q γ 

где

N - число Авогадро;

σ 5 и σ 8 - сечения деления изотопов U235 и U238

Ф ТБ - потоки тепловых и быстрых нейтроновА5 и А8 - массовые числа изотопов U235 и U238 

q γ-удельное энерговыделение при поглощении гамма-квантов Вт/г   
ρ - плотность образца.

    Расчет удельного энерговыделения в конструкционных материалах за счет поглощения γ-излучения проводится на основании известной зависимости поглощенной мощности дозы p (рад/с) от мощности реактора.

В этом случае для средней энергии    γ -квантов, равной I МэВ:

q γ = 3,57*10 -4 p γj (μ/ρ )j ,

где γj и (μ/ρ )j - плотность материала и  массовый коэффициент поглощения   j -го элемента конструкции соответственно [16] .

     

    Изложенная выше общая методика теплового расчета высокотемпературных реакторных устройств была использована  при проектировании конкретных облучательных установок. Вне и в поле излучений были проведены эксперименты по исследованию температурных распределений в облучательных устройствах.

     На рис.3.5,3.6 представлены сопоставления расчетных полей температуры с экспериментальными результатами. Представленная общая методика расчета, как видно из приведенного примера, конкретно реализуется в случае задания геометрических размеров системы.

    Таким образом, это типичный пример "поверочного" расчета конструкции. Такой подход к решению задачи оправдан и при наличии ЭВМ экономически целесообразен, т.к.  предполагает неоднократное обращение к программе расчетов на стадии проектирования облучательного устройства.

    При повторных обращениях возможны уточнения геометрических размеров системы, использование других материалов в конструкции. В этом случае необходимы изменения только в блоках программы, и все повторные (вариантные) расчеты не являются трудоемкими.

    Необходимо отметить и еще один аспект использования методики. Поставленная задача стационарна, однако с помощью нее возможно рассмотрение и нестационарных  задач.

    Для реализации таких расчетов необходимо использование программы с изменением параметров (температура, внутренние источники тепла и др.) "шагами", зависящими от времени таким образом, что рассматриваемая система будет проходить последовательно множество стационарных состояний, отвечающих за ее поведение во времени.

Рис.3.5. Зависимость температуры образца (1- эксперимент, 2- расчет) и температуры фланца (4- эксперимент, 3- расчет) от мощности нагревателя при мощности реактора 2,5 МВт.

Т К

1200

900

600

0                                       200                                     400   Р, Вт

1

2

3

4

Т К

1800

1200

600

            0                        40                        80      Z мм

            

Эксперимент

2

3

1

Рис.3.6. Осевое распределение температуры по элементам установки «Ритм». (1, 2, 3 – расчет при температурах нагревателя 2400К, 1500К,990К.) соответственно).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77960. Облік праці, її оплати та соціального страхування персоналу 152 KB
  Облік праці її оплати та соціального страхування персоналу. Організація праці облік особистого складу робітників та використання робочого часу. Фонд оплати праці та його склад. ПС БО Виплати робітникам Питання організації і оцінки праці регламентують документи: Кодекс законів про працю Закон України Про оплату праці Закон України Про колективні договори і угоди Податковий Кодекс України.
77961. Облік основних засобів 317.5 KB
  Облік основних засобів Поняття про основні засоби. Класифікація та оцінка основних засобів. Первинні документи з обліку основних засобів. Облік та порядок придбання вибуття ремонту основних засобів.
77962. Облік нематеріальних активів 64 KB
  Первинна вартість НМА придбаного в результаті обміну на подібний обєкт дорівнює залишковій вартості переданого нематеріального активу. Якщо залишкова вартість переданого обєкту перевищує його справедливу вартість то первинною вартістю НМА отриманого в обмін на подібний обєкт є його справедлива вартість з включенням різниці у фінансові результати витрати звітного періоду...
77963. Острый и хронический пиелонефрит 20.61 KB
  Наиболее частым возбудителем пиелонефрита является кишечная палочка реже стафилококки энтерококки протей клебсиелла. ХП как правило является следствием ранее перенесенного острого пиелонефрита. Факторы способствующие развитию пиелонефрита: нарушение оттока мочи создающее благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов: обратный заброс мочи рефлюксы на различных уровнях вследствие атонии мочевых путей опухоли мочевых путей и предстательной железы почечнокаменная болезнь; нарушение кровоснабжения почек...
77964. Гломерулонефрит 18.25 KB
  Острый гломерулонефрит – острое иммуновоспалительное заболевание почек с преимущественным поражением клубочков и в меньшей степени канальцев и интерстициальной ткани.
77965. Хроническая почечная недостаточность 49 KB
  ХПН не является самостоятельным заболеванием а представляет собой конечную фазу любого прогрессирующего заболевания почек. В норме в почках около 2 млн нефронов клинические проявления ХПН появляются тогда когда остается меньше 30 нефронов. При ХПН нарушается водный баланс развивается полиурия никтурия снижается относительная плотность мочи развивается изостенурия выделение мочи с монотонно низким удельным весом осмотическому давлению мочи = плазмы крови в полиурической фазе развиваются симптомы дегидратации.
77966. Мочекаменная болезнь 15.49 KB
  По химическому составу конкрементов выделяют: оксалаты ураты карбонаты фосфаты и органические камни. Большие камни лежащие в лоханке без движения могут не беспокоить больного или проявляться тупой длительной болью в поясничной области в связи с присоединением воспалительного процесса. Диагностика: клиническая картина изменения в оам небольшая протеинурия гематурия единичные цилиндры и соли рентгенологические методы выявляют уратные цистиновые и смешанные камни сочетают с УЗИ. При уратных конкрементах используются препараты...
77967. Основные симптомы заболеваний мочевыделительной системы. Лабораторные и инструментальные методы диагностики 22.88 KB
  Изменение цвета мочи Нефротический синдром. Преимущественная локализация На нижних конечностях На лице мешки под глазами Время суток К концу дня Утром Характер отеков Плотные ямки остаются долго Мягкие Рыхлые подвижные ямки быстро исчезают Цвет кожи над отеками Цианотичная Бледная Симптомы обусловленные расстройством мочеотделения Полиурия увеличение суточного количества мочи более 2 л Олигурия уменьшение количества мочи менее 500 мл. Анурия уменьшение суточного количества мочи менее 100150 мл или полное отсутствие...
77968. Организация меню. Создание главного и контекстного меню 54 KB
  Создание главного и контекстного меню Для создания меню используют 2 компоненты: TMinMenu и TPopupMenu расположенные на странице Stndrd. Компонент класса TMinMenu определяет главное меню формы. На форму можно поместить сколько угодно объектов этого класса но отображаться в полосе меню в верхней части формы будет только тот из них который указан в свойстве Menu формы.