Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор существующих подходов к моделированию процессов гидродинамики и теплообмена в активных зонах ядерных реакторов 13
1.1 Методы моделирования теплогидравлических процессов 13
1.1.1 Моделирование турбулентных течений на основе CFD-кодов 14
1.1.2 Моделирование теплогидравлических процессов на основе поканального приближения 17
1.1.3 Моделирование теплогидравлических процессов на основе приближения пористого тела 20
1.2 Анализ результатов и выбор направления исследований 22
ГЛАВА 2 Математическая модель трехмерных процессов гидродинамики и теплообмена в активной зоне реакторов типа ВВЭР 24
2.1. Основные уравнения модели теплогидравлики активной зоны в приближении пористого тела 25
2.2 Замыкающие соотношения модели теплогидравлики активной зоны... 28
2.2.1 Эффективная теплопроводность теплоносителя 28
2.2.2 Эффективная вязкость теплоносителя 40
2.2.3 Коэффициент объемного гидравлического сопротивления 40
2.2.4 Коэффициент теплоотдачи 48
2.2.5 Граничные условия 49
ГЛАВА 3 Реализация модели трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реактора ВВЭР-1000 в программном комплексе третон 51
3.1 Алгоритм численного решения уравнений теплогидравлики 51
3.2 Описание программного комплекса ТРЕТОН для моделирования теплогидравлических процессов в активной зоне 56
3.2.1 Структурная схема программного модуля 56
3.2.2 Описание основных процедур программы 59
3.3 Описание программного модуля ТРЕТОН-ТВС для моделирования теплогидравлических процессов в ТВС 61
ГЛАВА 4 Тестирование программного комплекса третон 63
4.1 Задача о теплообмене в активной зоне с учетом естественной конвекции 63
4.1.1 Постановка задачи 63
4.1.2 Поле скоростей и температур при р = рж = const 66
4.1.3 Уравнения для возмущений скоростей и температур 68
4.1.4 Определение поля скорости в объеме активной зоны 74
4.2 Задача о распределении полей температуры, давления и скорости теплоносителя в активной зоне при номинальном режиме работы ВВЭР-1000 85
ГЛАВА 5 Расчетные исследования трехмерных процессов гидродинамики и теплообмена в активной зоне реактора ВВЭР-1000 89
5.1 Влияние на теплогидравлические процессы в активной зоне ВВЭР-1000 пространственного распределения поля энерговыделения 90
5.1.1 Теплогидравлические характеристики активной зоны при работе реактора на повышенных уровнях мощности 91
5.1.2 Влияние уровня энерговыделения на интенсивность внутризонного перемешивания теплоносителя 98
5.2 Влияние на теплогидравлические процессы в активной зоне ВВЭР-1000 пониженных уровней мощности и расхода теплоносителя 100
5.2.1 Теплогидравлические характеристики активной зоны при работе реактора при пониженных уровнях расхода теплоносителя 100
5.2.2 Анализ внутризонного перемешивания теплоносителя в условиях эксплуатации реактора на пониженном уровне мощности 107
5.3 Влияние интенсификаторов теплообмена на теплогидравлические процессы в активной зоне ВВЭР-1000 ПО
5.3.1 Расчетный анализ теплогидравлической эффективности применения в ТВС интенсификаторов теплообмена турбулизирующего типа 111
5.3.2 Влияние перемешивающих решеток на тепловой режим ТВС и активной зоны реактора ВВЭР-1000 113
Заключение 143
Список использованных источников 146
- Моделирование теплогидравлических процессов на основе поканального приближения
- Основные уравнения модели теплогидравлики активной зоны в приближении пористого тела
- Задача о распределении полей температуры, давления и скорости теплоносителя в активной зоне при номинальном режиме работы ВВЭР-1000
- Теплогидравлические характеристики активной зоны при работе реактора на повышенных уровнях мощности
Введение к работе
Актуальность работы. Для решения актуальных задач ядерной энергетики, связанных с повышением мощности энергоблоков с ВВЭР-1000, а также с разработкой новых проектов легководных корпусных реакторов, необходимо усовершенствование методик обоснования теплогидравлических характеристик активных зон реакторов.
Активные зоны современных реакторов типа ВВЭР, компонуемые бесчехловыми тепловыделяющими сборками (ТВС), являются существенно анизотропными структурами, в которых создаются условия для поперечной циркуляции теплоносителя. Заметные поперечные перетечки теплоносителя могут вызывать дистанционирующие решетки (ДР), межкассетные зазоры, решетки-интенсификаторы теплообмена и другие элементы конструкции, приводящие к локальному изменению гидравлического сопротивления. Они могут также проявляться вследствие пространственной неравномерности поля энерговыделения. Влияние поперечных составляющих скорости на тепломассоперенос в активной зоне усиливается при работе реакторной установки на неполном числе главных циркуляционных насосов (ГЦН), когда в потоке теплоносителя начинают преобладать силы естественной конвекции.
В настоящее время реализуется несколько подходов к моделированию тепломассопереноса в активных зонах с бесчехловыми ТВС. Существующие коды для анализа теплогидравлики активных зон ядерных реакторов в основном используют так называемую поканальную методику расчета, которая может обоснованно применяться только в случаях, когда поперечный перенос несущественен. Методики расчета на основе модели пористого тела лишены таких ограничений при описании трехмерного тепломассопереноса и рассматриваются как перспективные для расчета течений с произвольной ориентацией потока теплоносителя в ТВС. В последнее время в практику гидродинамических расчетов внедряются CFD-коды, с помощью которых рассчитывают распределение локальных скоростей потока с использованием различных моделей турбулентности. Однако для расчета сложных течений CFD–коды требуют значительно бльших вычислительных мощностей по сравнению с моделью пористого тела и поканальными методиками. При этом необходима проверка достоверности полученных результатов путем сопоставления с экспериментальными данными по локальным характеристикам потока.
Упомянутое выше определяет актуальность разработки эффективного метода моделирования трехмерных процессов тепломассопереноса в активных зонах реакторов типа ВВЭР с использованием модели анизотропного пористого тела, которая позволяет учесть основные физические особенности сложных турбулентных течений в стержневых сборках.
Целью работы являлась разработка в приближении анизотропного пористого тела модели для описания трехмерных процессов гидродинамики и теплообмена в активной зоне реакторов ВВЭР и создание на ее основе программного комплекса ТРЕТОН. Для этого были решены следующие задачи:
– разработан и протестирован двухуровневый алгоритм численного решения задачи гидродинамики и теплообмена в активной зоне;
– разработана методика описания гидравлического сопротивления и отклоняющего воздействия на поток теплоносителя перемешивающей решетки;
– выполнено численное исследование трехмерных теплогидравлических процессов в активной зоне ВВЭР-1000 в эксплуатационных режимах с различными уровнями мощности;
– проведен теплогидравлический анализ вариантов размещения в ТВС перемешивающих решеток.
Достоверность результатов обеспечивается детальным анализом исходных данных; использованием апробированных моделей и достоверных замыкающих соотношений, основанных на новых экспериментальных данных по угловому обтеканию стержневых сборок; проведенным тестированием разработанного программного комплекса ТРЕТОН.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– разработана трехмерная математическая модель гидродинамики и теплообмена в активной зоне реакторов типа ВВЭР, учитывающая анизотропию процессов переноса в ориентированных стержневых структурах;
– разработана новая методика описания отклоняющего воздействия и гидравлического сопротивления при обтекании потоком теплоносителя перемешивающих решеток;
– впервые получено аналитическое решение модельной задачи о распределении поля скорости теплоносителя в цилиндрической анизотропной структуре с объемным тепловыделением в условиях совместного действия сил вынужденной и естественной конвекции;
– получены новые данные о трехмерных полях температуры, давления и скорости теплоносителя в активной зоне ВВЭР-1000 в эксплуатационных режимах с различными уровнями мощности.
Практическая значимость работы заключается в реализации разработанной модели расчета процессов тепломассопереноса в активной зоне в программном комплексе ТРЕТОН. Корректный учет в модели трехмерного тепломассообмена в сборках стержневых твэл позволяет обосновать снижение консерватизма при расчетном анализе безопасности эксплуатации реакторных установок.
Полученные в работе результаты представлены для практического использования на предприятиях атомной отрасли – ОАО «Концерн Росэнергоатом», ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», ОАО ТВЭЛ. Результаты работы внедрены в учебный процесс НИЯУ МИФИ на кафедре теплофизики, включены в учебное пособие.
Основные положения, выносимые на защиту:
– разработанная модель расчета трехмерных процессов гидродинамики и теплообмена в активной зоне реакторов типа ВВЭР, учитывающая влияние анизотропии структуры активной зоны на процессы переноса;
– результаты реализации разработанной модели в программном комплексе ТРЕТОН, предназначенном для исследования полей температур, скоростей и давления теплоносителя в активной зоне реакторов типа ВВЭР;
– результаты численного моделирования теплогидравлических характеристик активной зоны ВВЭР-1000 в различных режимах эксплуатации реактора.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: Научная сессия МИФИ 2006–2010; 4-я Курчатовская молодежная школа, Москва, 2006; Четвертая Российская национальная конференция по теплообмену, Москва, 2006; МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 2006 и 2008; МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2007 и 2009; Межотраслевой семинар «Теплофизика-2008», Обнинск, 2008.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах из списка ВАК.
Личный вклад автора. Работа выполнена на кафедре теплофизики НИЯУ МИФИ. Постановка задачи исследования осуществлена совместно с научным руководителем. Разработка программного комплекса, проведение расчетов, обработка и анализ полученных данных выполнены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников. Работа изложена на 153 страницах, включая 68 рисунков, 17 таблиц и список использованных источников из 60 наименований.
Моделирование теплогидравлических процессов на основе поканального приближения
Стоит отметить, что применительно к потокам близким к течению жидкости в прямых каналах произвольного поперечного сечения, когда не существенны эффекты, связанные с действием ускорений при обтекании криволинейных поверхностей, существованием отрывных зон больших размеров, интенсивным вихреобразованием, наилучшие результаты при минимальных затратах вычислительных ресурсов можно ожидать от k-є модели турбулентности и ее модификаций.
В настоящее время для расчетного обоснования теплогидравлических характеристик реакторов часто используется поканальная методика. Этот подход был первоначально разработан и успешно использован для расчета теплогидравлических процессов в активных зонах, составленных из чехловых сборок, в которых реализовалось продольное обтекание стержневых твэлов. В дальнейшем данный подход был распространен на теплогидравлические системы, которые можно мысленно разбить на систему соосных связанных между собой каналов.
При моделировании теплогидравлических процессов в ТВ С с помощью поканальной методики межтвэльное пространство может разбиваться на систему параллельных каналов различными способами. Наиболее распространены два типа разбиения: ячейки ограничены твердыми поверхностями (твэлами) и свободными поверхностями зазоров (рисунок 1.1); ячейки разделены линиями максимальных скоростей (рисунок 1.2) [22].
В большинстве отечественных программ поканального расчета принят первый тип разбиения на ячейки. При этом используются феноменологические законы турбулентного движения в трубах круглого поперечного сечения с введением в расчетные формулы эмпирических поправок, учитывающих геометрические отличия формы сечения ячеек от формы круга.
Для каждого канала записывается система одномерных дифференциальных уравнений переноса массы, энтальпии и продольной составляющей импульса, усредненных по поперечному сечению канала.
Учет межканального взаимодействия осуществляется введением в уравнения соответствующих членов, которые определяются с помощью различных упрощающих допущений или экспериментальных данных. В качестве недостатка здесь можно отметить следующее: применимость коэффициентов межканального теплообмена оправдана в условиях близких к тем, в которых они были получены. Упрощенная запись уравнения переноса поперечной составляющей импульса является основным приближением поканальной методики расчета.
В самой простой методике, позволяющей найти поперечный расход теплоносителя между каналами, вводится предположение изобарного сечения (программы ПУЧОК-1000, ВЯЗ-М, THINC-II и др) [22 - 26]. В соответствии с этим предположением давление теплоносителя в каждом сечении пучка твэлов для различных каналов одинаковое.
Из условия постоянства суммарного продольного расхода в сечении пучка твэлов определяются значения поперечного расхода теплоносителя между каналами в каждом слое. Недостатком данной методики является отсутствие учета сил инерции. Это приводит к завышенному оттоку теплоносителя из наиболее теплонапряженного канала, в котором может происходит кипение теплоносителя, и, соответственно, к возможному завышению паросодержания на выходе из «горячего» канала. Более сложной является методика расчета поперечного расхода только по перепаду давления между каналами (программы COBRA, ПУЧОК-БМ) [27, 28]. Однако при высокой продольной скорости заметным становится эффект инерции, который данная методика не учитывает. В более точных моделях учитывается конвективный перенос поперечной составляющей импульса - в уравнениях переноса появляются члены, отвечающие за молекулярно-турбулентный процесс диффузии. В такой полной записи уравнения переноса прослеживается связь между поканальной методикой расчета и описанным ниже приближением пористого тела. В целом следует отметить, что, несмотря на достигнутые успехи в разработке и применении поканальной методики при анализе теплогидравлических процессов в активных зонах и ТВС реакторов и другого теплообменного оборудования, данный подход обладает следующими принципиально неустранимыми недостатками: Реализуемый в поканальной методике подход изначально предусматривает выделение преимущественного направления течения потока. Поперечная циркуляция теплоносителя при этом рассматривается в качестве дополнительного возмущения, которое должно быть относительно небольшим. Поэтому для исследования процессов с обтеканием тепловыделяющих сборок преимущественно поперечным потоком теплоносителя, а также когда поперечные компоненты скорости сопоставимы с продольными поканальная методика становится несостоятельной; Используемые для описания поперечного переноса импульса, массы и энергии члены уравнений основываются на экспериментальных данных по межканальному теплообмену и справедливы только в условиях, близких к условиям экспериментов, т.е. отсутствует универсальный подход к их определению.
Основные уравнения модели теплогидравлики активной зоны в приближении пористого тела
Преимуществом модели пористой среды является возможность использовать ортогональную систему координат и геометрически подобные контрольные объемы.
Традиционная поканальная методика предусматривает выделение преимущественного направления течения потока, а учет поперечной циркуляции достигается путем введения коэффициентов межканального обмена, которые играют роль малых поправок. Для случая обтекания тепловыделяющих сборок, когда поперечные компоненты скорости сопоставимы с продольными, поканальная методика становится несостоятельной. Программы, созданные на основе модели пористого тела, свободны от этого недостатка и применимы для расчета течений с произвольной ориентацией потока теплоносителя в стержневой сборке, что является одним из преимуществ модели.
Основной трудностью при использовании модели пористой среды является сложность определения объемного сопротивления [31], тензора теплопроводности [32-36] и вязкости, для расчета которых необходимо выполнение соответствующих теоретических и экспериментальных исследований. Этим объясняется относительно небольшое число программ, основанных на этой модели [37-38].
Локальные методы (CFD), основанные на решении исходной системы дифференциальных уравнений сохранения массы, импульса и энергии в межтвэльном пространстве, позволяют рассчитывать локальные характеристики потока, а на их основе - интегральные характеристики, такие, как коэффициенты гидравлического сопротивления, теплоотдачи и др.
Основными недостатками локальных методов являются большие затраты компьютерной памяти и расчетного .времени, что позволяет рассматривать только часть активной зоны и, в большинстве случаев, только стационарные задачи.
Для расчетного анализа течения теплоносителя в сборках тепловыделяющих стержней в настоящее время широко используется методика, заключающаяся в расчете средних по ячейкам характеристик потока теплоносителя. В соответствии с данной методикой выделяется одна компонента скорости в продольном направлении, преимущественная по сравнению с компонентами скорости в поперечном направлении.
Основным приближением поканальной методики расчета является упрощенная запись уравнения сохранения поперечной составляющей импульса, что ограничивает область ее применимости тем случаем, когда отношение поперечной и продольной составляющей скорости много меньше единицы. Поэтому при исследовании процессов с обтеканием тепловыделяющих сборок, когда поперечные компоненты скорости теплоносителя сопоставимы с продольными, поканальная методика может привести к значительным неточностям расчета. Модель пористого тела лишена таких недостатков при описании трехмерных полей скоростей и температур теплоносителя и поэтому может использоваться для расчета течений с произвольной ориентацией потока теплоносителя в стержневых структурах.
Описанное выше позволяет сделать обоснованный выбор в пользу модели пористого тела для анализа процессов гидродинамики и теплообмена в активных зонах реакторов типа ВВЭР с бесчехловыми ТВС.
Активные зоны реакторов ВВЭР-1000 и проектируемых реакторов ВВЭР-1200 (проект АЭС-2006) компонуются бесчехловыми ТВС, что обеспечивает возможность межкассетного тепло- и массообмена внутри зоны. Такая конструкция зоны затрудняет применение при моделировании обычно используемых поканальных методик и, в то же время, полностью соответствует разрабатываемой в данной работе методике на основе модели анизотропного пористого тела.
Для корректного описания трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активной зоне реакторов типа ВВЭР используется двухуровневая модель. В , этой модели в приближении анизотропного пористого тела рассчитываются поля температур, скоростей и давлений? во всей активной зоне (уровень "активная зона"): В отдельных частях активной зоны производятся расчеты локальных значений температур (уровень "твэл"), а также осредненных по сечению ячеек температур, скоростей и давлений теплоносителя (уровень "ТВС"). На уровне локальных температур рассчитывается нестационарное распределение температур по радиусу тепловыделяющих элементов в каждой узловой точке по объему активной зоны. Решение задач более детального уровня позволяет определить все необходимые эффективные коэффициенты переноса импульса и энергии и;, тем самым, замкнуть систему уравнений сохранения в пористом теле. Многоуровневый; расчет корректно учитывает временные зависимости эффективных коэффициентов, что актуально при расчетах переходных процессов: Для определения эффективных коэффициентов модели анизотропного пористого тела использовались как и известные ранее соотношения, так и новые, полученные в ходе выполнения работы.
Задача о распределении полей температуры, давления и скорости теплоносителя в активной зоне при номинальном режиме работы ВВЭР-1000
Данный вывод подтверждается также при сравнении приведенных в таблице 5.2 основных расчетных характеристик активной зоны во всех рассмотренных режимах ее работы. Показателем влияния на температурный режим поперечного теплопереноса может служить максимальный подогрев теплоносителя в кассете. Если в отсутствии поперечных перетечек тепла он составляет 43 С при мощности реактора 108 % от номинальной, то за счет только эффективной поперечной теплопроводности максимальный подогрев теплоносителя уменьшается до 41.1 С, т.е. на 1.9 С. Учет еще и поперечного конвективного оттока тепла дополнительно уменьшает температурную неравномерность всего на 0.3 С. Эти результаты показывают, что в данном случае интенсивность диффузионного теплопереноса за счет эффективной теплопроводности теплоносителя заметно превышает интенсивность теплопереноса из-за перетечек теплоносителя.
Малая эффективность конвективного теплообмена между кассетами объясняется тем, что в рассматриваемых режимах работы реактора из-за высокой скорости принудительной циркуляции теплоносителя мала разность его плотностей в соседних кассетах и, соответственно, мало обусловленное этой разностью отличие продольных гидравлических сопротивлений соседних кассет, что приводит малым поперечным скоростям теплоносителя ( 1 см/с). Этот вывод подтверждается приведенным на рисунке 5.6 распределением массовых скоростей теплоносителя по высоте активной зоны для ТВС, расположенных в ее центральном сечении. Максимальное отличие расходов в соседних ТВС наблюдается на выходе из активной зоны и не превышает 1.5 %.
В таблице 5.2 представлены основные расчетные характеристики активной зоны во всех рассмотренных режимах ее работы. Полученные результаты свидетельствуют о возможности работы реактора ВВЭР-1000 на мощности 104 и 108 % от номинальной. Корректный учет межкассетного тепло и массообмена позволяет снизить консервативность расчета температур теплоносителя и оболочки твэлов. зоны на мощности, форсированной до 104 % - 120 % от номинальной, с номинальными параметрами теплоносителя на входе в зону.
Для анализа зависимости интенсивности внутризонного перемешивания теплоносителя от мощности реакторной установки также были рассмотрены варианты, в которых в активной зоне не учитывались процессы поперечного тепло и массообмена между отдельными ТВС (аналогично описанному в таблице 5.1 варианту «GT»). Исходные данные для рассмотренных вариантов приведены в таблице 5.3. Полученные в расчетах максимальные температуры теплоносителя, топлива и оболочки твэлов представлены в таблице 5.4. Зависимости максимального и среднего по активной зоне подогревов теплоносителя от тепловой мощности реактора показаны на рисунке 5.11. («GT»); 2 - максимальный подогрев теплоносителя в ТВС с учетом межкассетного тепло и массообмена; 3 - средний подогрев теплоносителя Видно, что при 20 % превышении номинальной мощности реактора максимальная средняя по сечению ТВС температура теплоносителя на выходе из активной зоны увеличивается по сравнению с номинальным режимом на 6.6 С, но остается при этом более, чем на 10 С ниже температуры насыщения. Запас до кризиса теплообмена равен 1.78. Максимальные температуры топлива и оболочки твэлов при 20 % превышении номинальной мощности вырастают соответственно на 154.8 и 10.7 С. Вклад межкассетного тепло и массообмена в выравнивание поля температур в активной зоне можно оценить путем сравнения результатов, полученных с учетом и без учета межкассетного взаимодействия. Как видно из рисунка 5.11, межкассетный тепло и массообмен приводит к снижению максимального подогрева теплоносителя примерно на 2 - 3С. Дальнейшее выравнивание температурного поля в активной зоне возможно за счет использования дистанционирующих решеток - интенсификаторов различного типа, перемешивающих решеток, организующих направленную поперечную циркуляцию теплоносителя. Проведены расчеты теплогидравлических параметров ВВЭР-1000 при частичном отключении петель охлаждения реактора. При формировании исходных данных для расчетов принимались во внимание соответствующее уменьшение мощности реактора и расхода теплоносителя, а также наличие неполного перемешивания теплоносителя в напорной камере реактора. При расчетах эксплуатационного режима работы ВВЭР-1000, характеризуемого наименьшим уровнем расхода теплоносителя, было рассмотрено состояние реактора при работе на 2-х ГЦН, находящихся друг напротив друга [57].
В этом режиме возможно обращение расхода в неработающей петле и подсос «холодного» теплоносителя из неработающей петли в горячую нитку петли с работающим ГЦН. Дело в том, что при совместной работе петель с работающими и неработающими ГЦН, действующие ГЦН «вытягивают» в верхней камере смешения теплоноситель из петель с отказавшими ГЦН. Таким образом устанавливается противоток в неработающих петлях, при котором «холодный» теплоноситель проходит из нижней камеры смешения не в реактор, а в парогенератор, дополнительно теряя в нем энтальпию, и поступает в верхнюю камеру смешения с температурой, примерно на Л 0 градусов ниже средней температуры на входе в нижнюю камеру смешения. В верхней камере смешения теплоноситель из неработающей петли неравномерно смешивается с потоками теплоносителя, поступающими в работающие петли. Консервативно предполагалось, что весь «захоложенный» теплоноситель поступает в одну из работающих петель. В результате на входе в активную зону устанавливаются две зоны, с различными температурами на входе, значения которых приводятся в таблице 5.5. При этом принимается, что вся вода из «захоложенной» работающей петли поступает в Уг часть активной зоны.
Теплогидравлические характеристики активной зоны при работе реактора на повышенных уровнях мощности
Дистанционирующие решетки - интенсификаторы с турбулизатором потока теплоносителя предназначены для интенсификации процессов тепломассопереноса в теплоносителе, обтекающем стержневые твэлы, с конечной целью повысить запас до кризиса теплообмена. Рассматриваются варианты изготовления чисто «перемешивающих» решеток, задача которых только интенсификация теплопереноса без функции дистанционирования.
Основной способ, который используется для решения задачи интенсификации теплопереноса, это отгибание фрагментов решеток интенсификаторов или «перемешивающих» решеток с образованием лепестков-дефлекторов направленных под некоторым углом к оси сборки (рисунок 5.22).
Интенсификация процесса тепломассопереноса происходит за счет срыва потока с дефлекторов, что приводит к его дополнительной турбулизации, и, кроме того, поток локально (в месте расположения дефлектора) несколько отклоняется в направлении отгиба дефлектора, что также должно способствовать интенсификации процессов переноса. Устройство решеток интенсификаторов таково, что в окрестности каждого твэла все ближайшие к твэлу дефлекторы отогнуты в направлении вдоль периметра твэла, что, видимо, должно создавать некую циркуляцию теплоносителя вокруг твэла. Однако при этом в каждом зазоре между двумя соседними твэлами эти потоки направлены в противоположные стороны и нивелируют друг друга, повышая турбулентность потока. Таким образом, вся дополнительная мощность на прокачивание теплоносителя, связанная с увеличением сопротивления решеток оборудованных дефлекторами, идет на турбулизацию потока и усиление турбулентного переноса, который носит диффузионный характер.
Необходимо заметить, что создаваемая дефлекторами турбулизация потока слабо затрагивает пристенную область потока, вблизи поверхности твэлов, и, поэтому, практически не должна сказываться на теплоотдаче от твэлов к теплоносителю. Кроме того, дополнительная турбулизация потока затухает на расстояниях от решетки не превышающих нескольких гидравлических диаметров [58].
Гидравлическое сопротивление ДРИ с турбулизаторами потока теплоносителя может превысить сопротивление обычной ДР почти в 3 раза [59]/ При замене всех ДР в ТВ С на такие ДРИ гидравлическое сопротивление сборки вырастет тогда почти в 2 раза. В расчетах предполагалось, что все ТВ С в активной зоне оснащены только ДРИ с турбулизаторами потока теплоносителя и гидравлическое сопротивление ДРИ и прилегающих к ним 4 см участков сборки выросло в 3 раза.
На рисунке 5.23 показано изменение максимального подогрева теплоносителя в случае применения ДРИ с турбулизаторами потока в диапазоне повышенных мощностей реактора, рассмотренных в п.5.1.1.
Полученные результаты показывают, что, даже при замене всех ДР в. активной зоне на ДРИ с турбулизаторами потока, наблюдается лишь незначительное снижение максимального подогрева теплоносителя.
Более существенного повышения запаса до кризиса можно достичь, уменьшая неравномерность в распределении подогревов теплоносителя в пределах поперечного сечения сборки или соседних сборок, которая создается как за счет неравномерности тепловыделения в них, так и возможной неравномерности скоростей по сечению. При существовании крупномасштабных неравномерностей температур конвективный теплоперенос является существенно более эффективным для выравнивания этих неравномерностей по сравнению с диффузионным турбулентным.
В разделе представлены результаты расчетного моделирования отклоняющего воздействия на поток перемешивающих решеток (ПР) секторного типа разработки ОКБ «ГИДРОПРЕСС». Решетки состоят из 12-ти гранных ячеек, образующих наклонные каналы вокруг твэлов (рисунок 5.24). Соответствующим выбором ориентации ячеек в решетке реализуется «секторная» межкассетная схема перемешивания, при которой в каждом из шести секторов решетки поток теплоносителя направляется в одну сторону - три сектора в центр ТВС и три сектора от центра. Это позволяет организовать замкнутые контуры циркуляции теплоносителя между каждыми тремя соседними ТВС (рисунок 5.25).
