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

26173. Синтез пуриновых нуклеотидов 145.5 KB
  Пурины выводятся в разном виде – у беспозвоночных в виде аммиака у рыб и моллюсков – мочевины реже аллантоиновой кислоты у человека приматов ящериц и зме в виде мочевой кислоты. Человек выводит в сутки около 15 граммов мочевой кислоты в день причем не более 60 эндогенных пуринов остальное пурины пищи. При гиперурикемии и нарушениях почечной экскреции уратов усиленное кишечное выведение и бактериальное превращение мочевой кислоты и мочевины имеют отношение к возникновению язвенных поражений ЖКТ при уремии. Продукция мочевой кислоты в...
26174. ОБМЕН СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ 314.5 KB
  Мононуклеотид состоит из трех частей: 1 азотистого основания у всех нуклеиновых кислот пентозы рибозы у РНК или дезоксирибозы у ДНК вместе они составляют нуклеозид и остатка фосфорной кислоты. НОМЕНКЛАТУРА НУКЛЕОТИДОВ Азотистое основание Нуклеозид Нуклеотид Аденин Аденозин аденозинмонофосфатАМФ Гуанин Гуанозин гуанозинмонофосфатГМФ Урацил Уридин уридинмонофосфат УМФ Тимин Тимидин тимидинмонофосфат ТМФ Цитозин Цитидин цитидинмонофосфат ЦМФ ТМФ встречается только в ДНК а УМФ только в РНК. В составе нуклеиновых кислот...
26175. ПАРАМЕТАБОЛИЗМ 130 KB
  Ферментативное взаимодействие белков с углеводами наблюдается в норме в результате чего образуются сложные белки – гликопротеины. Интенсивно гликируются как правило альбумины и глобулины – эти белки плазмы крови содержат много фруктозоамина а также белки находящиеся в инсулиннезависимых тканях. Это коллаген кристаллины белки хрусталика глаза некоторые другие белки. Долгоживущие белки также подвергаются карбомоилированию с последствиями характерными для сахарного диабета например катаракта.
26176. Соединительная ткань. Межклеточное вещество 71.5 KB
  оединительная ткань составляет до 50% массы человеческого организма. Это связующее звено между всеми тканями организма. Различают 3 вида соединительной ткани. Соединительная ткань может выполнять как самостоятельные функции, так и входить в качестве прослоек в другие ткани
26178. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕЛКОВ 1.8 MB
  Но встречаются и молекулы содержащие от 10 до 100 аминокислот – они относятся к группе небольших ПОЛИПЕПТИДОВ крупные же полипептиды могут содержать и более 100 аминокислот. Следовательно все эти 20 аминокислот имеют совершенно одинаковый фрагмент молекулы. Молекулы воды структурированы и образуют кластеры. В эти кластерные структуры хорошо встраиваются молекулы которые сами являются полярными потому что полярные вещества хорошо растворимы в воде.
26181. Химия и обмен нуклеиновых кислот 141.5 KB
  Биологическая роль нуклеиновых кислот. ДНК: хранение генетической информации. Катаболизм нуклеиновых кислот. Различия в катаболизме пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований. Реакции реутилизации аденина и гуанина, которые образуются при распаде нуклеиновых кислот...