🗊Презентация Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки

Лекция 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.      

Пример использования методики расчета температурного поля облучательного устройства. 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. Для практических расчетов поля температуры в установке необходимо задать: -геометрические характеристики облучательного устройства по R и Z, -зависимости теплофизических характеристик конструкционных материалов от температуры, -величины тепловыделений в элементах установки, коэффициенты теплообмена.

Конструкционные материалы облучательных устройств 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.

Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры 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

Степень черноты в зависимости от температуры 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] . 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.

Внутренние источники тепла в элементах облучательного устройства. 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 Т ,Ф Б - 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] .

Сопоставление экспериментальных результатов с расчетом

Сопоставление расчета с экспериментом. 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. Это типичный пример "поверочного" расчета конструкции. Такой подход к решению задачи оправдан и при наличии ЭВМ 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.