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

33544. За повестью Ю. Бондарева «Горячий снег» 14.92 KB
  Всю военную прозу можно условно разделить на две группы: произведения написанные в годы войны и произведения послевоенного периода. Впервые в советской прозе так мощно и пристрастно зазвучал голос художника изнутри войны. Все 4 года войны они прожили не переводя дыхания и казалось концентрация деталей эпизодов конфликтов ощущений потерь образов солдат пейзажей запахов разговоров ненависти и любви была настолько густа и сильна после возвращения с фронта что просто невозможно было всё это организовать найти необходимый сюжет...
33545. Понятие местного самоуправления. Основные теории местного самоуправления 36.5 KB
  Понятие местного самоуправления. Основные теории местного самоуправления. Понятие местного самоуправления. Основные принципы местного самоуправления.
33546. Конституционно-правовые основы местного самоуправления 52 KB
  Конституционноправовые основы местного самоуправления Правовая база МСУ это система законодательных и иных нпа на основе которых оно функционирует. Поскольку установление общих принципов организации МСУ является согласно Конституции предметом совместного ведения РФ и её субъектов оно предполагает издание ФЗ и принятие в соответствии с ними законов и иных нпа субъектов РФ. Муниципальное право регулирует правовые отношения возникающие в процессе организации и деятельности местного самоуправления. Конституция РФ признает и гарантирует...
33547. Состав органов местного самоуправления: структура, функции 45 KB
  По специализации: Общего назначения Специального назначения По полномочиям Исполняющие собственные полномочия Исполняющие отдельные госе полномочия Исполняющие добровольные полномочия связаны например с кооперированием муниципальных образований с выполнением договоров в том числе с зарубежными партнерами членством в различных ассоциациях и союзах По способу принятия решений Принимающие решения коллегиально Принимающие решения единолично По типу исполняемых функций Представительный орган проектная функция Представление...
33548. Предметы ведения и полномочия местного самоуправления 39 KB
  Предметы ведения и полномочия местного самоуправления Впервые понятие полномочия органов местного самоуправления приводится в ст. 132 Конституции Российской Федерации 1993 года в соответствии с которой органы местного самоуправления обладают полномочиями по самостоятельному решению вопросов местного значения а также могут наделяться государственными полномочиями. 132 Конституции органы местного самоуправления самостоятельно управляют муниципальной собственностью формируют утверждают и исполняют местный бюджет устанавливают местные налоги...
33549. Финансово-экономическое обеспечение МСУ 44 KB
  Финансовоэкономическое обеспечение МСУ Состав и использование муниципального имущества. Экономическую основу МСУ составляют находящееся в муниципальной собственности имущество средства местных бюджетов а также имущественные права муниципальных образований. Европейская Хартия о местном самоуправлении закрепляет общие принципы организации финансовоэкономической самостоятельности органов МСУ: органы мсу имеют право в рамках национальной экономической политики на обладание достаточными собственными финансовыми средствами которыми они...
33550. Формы осуществления МСУ 45.5 KB
  Формы осуществления МСУ Формы непосредственной демократии: местный референдум муниципальные выборы сходы граждан. Формы представительной демократии: выборные органы выборные должностные лица МСУ. Формы участия населения в осуществлении МСУ. Тем самым предусмотрены 2 основные группы форм осуществления населением МСУ.
33551. Территориальные основы местного самоуправления 31.5 KB
  Территориальные основы местного самоуправления Понятие муниципального образования. Модели организации местного самоуправления: территориальная поселенческая двухуровневая. Муниципальное образование городское сельское поселение несколько поселений объединенных общей территорией часть поселений иная населенная территория в пределах которой осуществляется местное самоуправление имеются муниципальная собственность местный бюджет и выборные органы местного самоуправления. Выборные органы местного самоуправления.
33552. Управление комплексным социально-экономическим развитием муниципального образования 45.5 KB
  Управление комплексным социальноэкономическим развитием муниципального образования Условия и факторы социальноэкономического развития муниципального образования. Анализ прогнозирование и планирование социальноэкономического развития муниципального образования. Управление социальноэкономическим развитием России регулируется Федеральным законом О государственном прогнозировании и программах социальноэкономического развития Российской Федерации. В законе содержатся положения о необходимости проведения на федеральном и региональном уровнях...