НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o799.Pdf (773.27Кб)

УДК 621.039.517

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Рассматриваются процессы течения и теплообмена в физической модели тепловыделяющей сборки реакторной установки ВВЭР-1000. Физическая модель изготовлена и использовалась в ГНЦ РФ-ФЭИ для исследования полей температур и интегрального значения коэффициента теплоотдачи в пучках стержневых тепловыделяющих элементов. Модель состоит из девятнадцати стальных стержней. Семь центральных стержней нагреваются электронагревательными элементами. На поверхностях обогреваемых стержней размещаются термопары для измерения температуры. Модель проливалась водой при различных массовых расходах в условиях, близких к нормальным. По итогам обработки экспериментальных данных специалистами ГНЦ РФ-ФЭИ предложена формула для расчета числа Нуссельта (безразмерного коэффициента теплоотдачи).
В статье предложена модель расчета течения и теплообмена в пучке стержневых тепловыделяющих элементов, которая базируется на методах вычислительной гидродинамики. Модель включает в себя осредненные стационарные уравнения движения и энергии турбулентной жидкости (RANS), стационарное уравнение энергии твердого тела. Турбулентный поток теплоносителя моделируется нелинейной k-e моделью турбулентности. Осредненное уравнение движения жидкости решается с использованием алгебраической модели для турбулентного числа Прандтля. На входе в расчетную задавалось значение расхода теплоносителя. На внутренней поверхности оболочек стержней принималось условие постоянства теплового потока. Расчетная модель реализована в программном комплексе STAR-CCM+.
Валидация расчетной модели выполнена по данным ГНЦ РФ-ФЭИ. Создана расчетная модель, имитирующая физическую модель тепловыделяющей сборки ВВЭР-1000, используемую в ФЭИ. Выполнены численные расчеты теплообмена при различных режимах течения. Получены расчетные значения коэффициента теплоотдачи, которые сравнены со значениями, вычисленными по экспериментальной корреляции ФЭИ. Показано, что отклонение расчетных значений от экспериментальных не превышает 5 %. Сделан вывод о возможности использования предложенной модели для расчета теплоотдачи от стержневых тепловыделяющих элементов реакторных установок ВВЭР.

1. Жуков А.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Теплообмен и температурные поля твэлов в активных зонах ВВЭР (экспериментальные и расчетные исследования) // 5-я Международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»: матер. ОКБ "Гидропресс", 29 Мая – 1 Июня 2007. ОКБ «ГИДРОПРЕСС»: сайт. Режим доступа: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2007/disc/autorun/article77-ru.htm (дата обращения 20.04.2013). Heat transfer and temperature fields of pins in VVER cores (experimental and calculation research)
2. Марков П.В., Солонин В.И. Моделирование течения в пучке цилиндрических твэлов реактора ВВЭР, дистанционированных сотовой решеткой // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. № 3. С. 17-29.
3. Chen W., Lien F., Leschziner M. Non-linear eddy-viscosity modelling of transitional boundary layers pertinent to turbomachine aerodynamics // International Journal of Heat and Fluid Flow. 1998. Vol . 19, no. 4 . P. 297-306. DOI: 10.1016/S0142-727X(97)10012-1
4. Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н. Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций. М.: Академкнига, 2004. 220 с.
5. STAR-CCM+ version 8.06. UserGuide [ руководство пользователя ]. CD-adapco Group, 2014.
6. Tuncer Cebeci. Analysis of Turbulent Flows. Elsevier Science, 2004. 260 p.