Способ моделирования взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем

 

Изобретение относится к реакторной технике и может быть использовано в исследованиях безопасности ядерных реакторов. Целью изобретения является повышение качества моделирования краевых условий взаимодействия расплава топлива с теплоносителем. Перед осуществлением контакта расплава с теплоносителем расплав перегревают в камере до температуры Трасп.≥Тлейд. /1+√(λСρ)теп/(λСρ)расп) - ттеп √(λСργтеп/√(<SP POS="POST">8</SP>лС<SP POS="POST">8</SP>P)расп + Δ Тпот, где98лСργтеп/ Тлейд - температура теплоносителя, Тпотэкспериментально определяемое изменение температуры в объеме расплава при переливе и погружении, (λСρ)теп и (ΛCρ)расп - произведения теплопроводности, теплоемкости и плотности теплоносителя и расплава соответственно. Контакт расплава с теплоносителем осуществляют путем погружения тигля с расплавом под уровень теплоносителя на глубину расположения расплавленного топлива в реакторе со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава. 2 ил.

СОКИ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU, 15 11

А1 (51)4 С 21 С 17/00

B. 0Ы "::1.))) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Тд Йд (1+

- „,1

>Т ) от

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ CCCP

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4373924/40-25 (22) 05.02.88 (46) 15 ° 08.89. Бюл. 11)) 30 (72) P.Ô.Èàñàãóòîâ, А.А.Косарев и С.P.Õàðèòîíîâ (53) 621.039.5 (088.8) (56) Berthoud G. Nucl. Eng. and Des

82. 1984, 381-391. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

С ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к реакторной технике и может быть использовано в исследованиях безопасности ядерных реакторов. Целью изобретения является повышение качества моделирования краевых условий взаимодействия расплава топлива с теплоносителем.

Изобретение относится к реакторной технике и может быть использовано в исследованиях безопасности ядерных реакторов и аварийных ситуаций при технологических процессах в алюминиевой и титановой промышленности.

Цель изобретения — повышение качества моделирования краевых условий взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем.

Способ моделирования взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем включает плавление ядерного топлива или вещества его моделирующего в камере, перелив расплава в тигель и приведение в контакт расплава с теплоносителем. Пред2

Перед осуществлением контакта расплава с теплоносителем расплав перегревают в каме е до температуры T>ace) Т„еЙ / !

)+ ) вп I("np)no nnn nnp n °

/ (Ясу ) сп +ЬТпот где ТheuA — температура теплоносителя, Т „0 — экспериментально определяемое изменение температуры в объеме расплава при переливе и погружении, (1су) . и (ity ) <> — произведения теплопроводности, теплоемкости и плотности теплоносителя и расплава соответственно.

Контакт расплава с теплоносителем осуществляют путем погружения тигля расплавом под уровень теплоносителя на глубину расположения расплавленного топлива в реакторе со скоростью, Е превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава.

2 ил. С:: варительно расплав перегревают в камере до температуры T>„e„ а контакт топлива с теплоносителем осуществляют путем погружения тигля

I с расплавом под уровень теплоносителя на глубину расположения расплавленного топлива в реакторе со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава.

При перегреве расплава до указанной температуры и погружении тигля со скоростью, превышающей скорость паде20

25 (2) 30 тр„,„), Т„„д (1+

-Т„„(Я р)„„I(о

+ьТпот (4)

3 150117 ния теплоносителя на поверхность расплава, взаимодействие расплава топлива или вещества его моделирующего не начинается до достижения тиглем заданной глубины.

Взаимодействие начинается после прекращения движения тигля, когда над поверхностью расплава имитируется столб теплоносителя, равный вы- 10 соте столба теплоносителя в реакторе. При этом осуществляется фронтальный контакт теплоносителя с топливом (или моделирующим его веществом) ° 15

Чтобы не происходило взаимодействия расплава с теплоносителем необходимо выполнение условия где Т„,„т - контактная температура, Т „ ц* — температура Лейденфроста.

Контактная температура при взаимодействии двух сред равна

Траспл+Ттеп (сУ )тдп /(2C ) асп конт

1 + и где Т „ „ — температура расплава в момент времени контакта (в объеме расплава), (Я сР) теп и (ЯС ) ) щ — произведения теплопроводности, теплоемкости

И ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕ ля и расплава соответственно.

В свою очередь температура расплава в момент контакта ниже, чем начальная температура расплава (перед 40 переливом из камеры в тигль), т.е. !

Т раоп = Трасп - Тпот) (3) где Т вЂ” изменение температуры в пот объеме расплава при пере- 45 лизе и погружении тигля .„ с расплавом.

Она может быть определена экспериментально.

Подставляя (3) и (2) в (1), имеем

Таким образом, перегрев расплава в камере;. удовлетворяющий соотношение (4), препятствует началу преждевременного взаимодействия.

6 4

Быстрое погружение тигля с расплавом — погружение со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава в тигле, препятствует грубому перемешиванию расплава с теплоносителем до достижения необходимой глубины погружения. При достижении заданной глубины погружения (равной высоте столба теплоносителя в реакторе над зоной расположения расплава ядерного топлива) на поверхность расплава фронтально падает столб теплоносителя, имитируя необходимые краевые условия взаимодействия. Кроме того, предотвращается разбрызгивание расплава топлива из зоны взаимодейст.вия.

Предлагаемый способ может быть реализован на установке, изображенной на фиг.1.

Ядерное топливо 1 (или его моделирующее вещество) загружено в камеру 2, находящуюся в печи 3. В нижней части камеры 2 имеется отверстие 4 с запорным клапаном 5, соединенным со штоком 6. В полости камеры 2 расположена погружная термопара 7. Направляющие 8 соединены с подвижным тиглем 9, внутри полости которого размещена погружная термопара

10. Печь 3 установлена над корпусом участка 11 взаимодействия, часть объема которого заполнена теплоносителем 12. В объеме теплоносителя размещена погружная термопара 13 °

Ядерное топливо 1 (или моделирующее его вещество) может загружаться в камеру 2 в виде кусочков, таблеток, стружки или порошка. Печь

3 желательно закрыть крышкой. В качестве печи могут быть использованы, например, электропечь с нагревателями из вольфрама (для плавления высокотемпературного ядерного топлива) или нихрома (при плавлении веществ, включая и моделирующие с низкими температурами плавления), печь" индуктор, питаемый высокочастотным генератором. Отверстие 4 в нижней части камеры 2 может быть выполнено цилиндрическим, а запорный клапан 5— коническим. Шток б прижимает запорный клапан 5 к отверстию 4, например, с помощью пружины, размещенной вне высокотемпературной зоны. При плавлении высокотемпературного ядерного топлива 1 в качестве погружных

5 15011 термопар 7, 10 и 13 могут быть использованы, например, вольфрам-рениевые и платино-платинородиевые термопары.

Направляющие 8 можно выполнить из полых трубок, через которые удобно вынести концы погруженной термопары 10, размещенной в полости подвижного тигля 9. Тигль 9 выполняет я с 10 двумя стенками, внутренняя из когорых имитирует стенку канала активной зоны, а наружная обеспечивает движение тигля в теплоносителе 12 с малым гидравлическим сопротивле- 15 нием, имея обтекаемую носовую часть.

Герметичный воздушный зазор между двумя стенками тигля служит быстрому термостатированию расплава топлива 1, снижению тепловых потерь и 20 предотвращению нежелательного взаимодействия между теплоносителем и наружной поверхностью тигля.

Высота корпуса участка взаимодействия 11 выбирается таким образом, 25 чтобы обеспечить возможность погружения подвижного тигля 9 »а максимальную заданную глубину погружения под уровень теплоносителя.

Погружение подвижного тигля 9 мо- 3р жет осуществляться либо его сбросом (свободно или с помощью пружины— при этом высота падения тигля в свободном газовом объеме внутри участка взаимодействия 11 должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить необходимую скорость движения тигля в объеме теплоносителя 12), либо с помощью электропривода.

На фиг ° 2 показан пример синхрон- 4О ной записи показаний акустического датчика и датчика давления на диаграммной ленте светолучевого осциллографа, полученный в эксперименте с подачей висмута МассоА 350 Г при 45

750 С в дистиллированную воду с температурой 30 С на установке, схема которой показана на фиг.1. Подвижный тигль с расплавом висмута сбрасывался с высоты 0 5 м.

Импульсы давления регистрировались индуктивным датчиком давления, расположенным в нижней части установки. Затем сигнал от датчика давления после усиления выводился на шлейфовый осциллограф. Одновременно на этот же шлейфовый осциллограф выводились высокочастотные составляющие акустических шумов акустического датчи76 6 ка, представ ягггщггм собой волноводный преобразователь с пьезоэлементом из

ЦТС-19. Волновод акустического датчика изготовлен в виде цилиндрического стержня из стали Х18Н 1ОТ и служит г-.охаггическим фильтром, подавляющим низкочастотные составляющие спектра шума.

На фиг.2 показан момент входа в воду подвижного тигля с расплавом имитатора ядерного топлива по всплеску давления, момент начала контакта води с расплавом, по резкому нарастанию высокочастотных составляющих шумов кипения и момент парового взрыва по второму резкому нарастанию высокочастотных составляющих шумов кипения и также по появлению импульсов давления. Время от момента входа тигля с расплавом в воду до начала взаимодействия (фиг.2) составило

О, 18 с. Тигль с расплавом свободно падал с высоты 0 5 м и погружался под уровень воды на глубину Н

0,3 м. Время движения тигля в воде вычислялось как разность между полпым временем движения тигля и временем свободного падения тигля в газовой фазе и не превышало с учетом погрешности О, 15 с.

Таким образом, улучшение качества моделирования краевых условий взаимодействия достигается за счет взаимосвязанного влияния двух факторов: предотвращения грубого смешения расплава с теплоносителем из-за более быстрого перемещения тигля относительно основной массы теплоносителя и выпаривания пристенного слоя теплоносителя, увлекаемого вязкими силами из-за высокой температуры расплава. По найденной экспериментально зависимости величины падения температуры расплава при переливе и транспортировке от величины исходных параметров расплава в камере устанавливается величина начального перегрева расплава в камере, обеспечивающая необходимые начальные условия взаимодействия под уровнем теплоносителя.

Формула изобретения

Способ моделирования взаимодействия расплавленного ядерного топлива с теплоносителем, включающий плавление ядерного топлива или вещества

1 50117Ь

-Тте q где Т„,, О О О фйГ. f его моделирукецегo в камере, перелив расплава в тигль и осуществление контакта расплава с теплоносителем, отличающийся тем, что, с цепью повышения качества моделирования краевых условий взаимодействия, расплав перегревают в камере до температуры Tp< „

Расп Т,сеид (1 (Йся)т I (4GJ асн тюк J асп + Тпот температура Лейденфроста теплоносителя; (ICE )xeB»

"(%у ) „- произведения теплопроводности, теплоемкости и плотности теплоносителя и расплава, соответственно, Т „ - температура теплоносителя

Т„ - экспериментально опредеделяемое изменение температуры в объеме расплава при переливе и погру10 женин; а контакт расплава соответственно с теплоносителем осуществляют путем погружения тигля с расплавом под уровень теплоносителя на глубину расположения расплавленного топлива в реакторе со скоростью, превышающей скорость падения теплоносителя на поверхность расплава.

I! 50117(;

<у C) ! аяна уод аоньошядщ ойюсары 1рнчйшлзоншв рийт чнауоф

Составитель А.Цыганов

Редактор М. Недолуженко Техред М. Ходанич Корректор M,Ïîæî

Заказ 4880/51 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101