energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-2-151-162energy-1937Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGИсследование локальной гидродинамики теплоносителя в смешанной активной зоне реактора ВВЭРInvestigation of Coolant Local Hydrodynamics in the Mixed Core of the VVER ReactorДмитриевС. М.DmitrievS. M.

Адрес для переписки: Дмитриев Сергей Михайлович – Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева, ул. Минина, 24, 603950, г. Нижний Новгород, Российская Федерация.  Тел.: +7 831 436-23-25    dmitriev@nntu.ru

 

Address for correspondence: Dmitriev Sergei M. – Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev, 24, Minina str., 603950, Nizhny Novgorod, Russian Federation.  Tel.: +7 831 436-23-25     dmitriev@nntu.ru

dmitriev@nntu.ruГерасимовА. В.GerasimovA. V.

г. Нижний Новгород

ДобровА. А.DobrovA. A.

г. Нижний Новгород

ДоронковД. В.DoronkovD. V.

г. Нижний Новгород

ПронинА. Н.ProninA. N.

г. Нижний Новгород

РязановА. В.RyazanovA. V.

г. Нижний Новгород

СолнцевД. Н.SolntsevD. N.

г. Нижний Новгород

ХробостовА. Е.KhrobostovA. E.

г. Нижний Новгород

Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University named after R. E. AlekseevRussian Federation202027032020632151162Copyright © Дмитриев С.М., Герасимов А.В., Добров А.А., Доронков Д.В., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Солнцев Д.Н., Хробостов А.Е., 20202020Дмитриев С.М., Герасимов А.В., Добров А.А., Доронков Д.В., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Солнцев Д.Н., Хробостов А.Е.Dmitriev S.M., Gerasimov A.V., Dobrov A.A., Doronkov D.V., Pronin A.N., Ryazanov A.V., Solntsev D.N., Khrobostov A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1937

В статье представлены результаты экспериментальных исследований локальной гидродинамики потока теплоносителя в смешанной активной зоне реактора ВВЭР, состоящей из ТВСА-Т и ТВСА-Т.mod.2. Моделирование процессов течения потока теплоносителя в пучке твэлов проводилось на аэродинамическом стенде. Исследования осуществлялись на модели фрагмента смешанной активной зоны реактора ВВЭР, состоящей из одного сегмента ТВСА-Т и двух ТВСА-Т.mod.2. Поля давлений потока измеряли пятиканальным пневмометрическим зондом. Поле давлений потока согласно зависимостям, полученным при тарировке, пересчитывалось в направление и величину вектора скорости теплоносителя. Для создания детальной картины течения потока была выделена характерная область поперечного сечения модели, включающая межкассетное пространство и четыре ряда твэлов каждой из топливных сборок ТВСА. В рамках реализации данного исследования проведен анализ пространственного распределения проекций скорости потока теплоносителя, который позволил выявить закономерности обтекания теплоносителем дистанционирующих, перемешивающих и комбинированных дистанционирующих решеток ТВСА, определены величины поперечных потоков теплоносителя, вызванных обтеканием гидравлически неидентичных решеток, установлена их локализация в продольном и поперечном сечениях экспериментальной модели. Кроме того, выявлен эффект накопления гидродинамических возмущений потока в продольном и поперечном сечениях модели, вызванный шахматным расположением гидравлически неидентичных решеток. Результаты исследования межкассетного взаимодействия теплоносителя между соседними ТВСА-Т и ТВСА-Т.mod.2 приняты для практического использования в АО «ОКБМ Африкантов» при оценке теплотехнической надежности активных зон реакторов ВВЭР и включены в базу данных для верификации программ вычислительной гидродинамики (CFD-кодов) и детального поячеечного расчета активной зоны реакторов.

The article presents the results of experimental studies of the local hydrodynamics of the coolant flow in the mixed core of the VVER reactor, consisting of the TVSA-T and TVSA-T mod.2 fuel assemblies. Modeling of the flow of the coolant flow in the fuel rod bundle was carried out on an aerodynamic test stand. The research was carried out on a model of a fragment of a mixed core of a VVER reactor consisting of one TVSA-T segment and two segments of the TVSA-T.mod2. The flow pressure fields were measured with a five-channel pneumometric probe. The flow pressure field was converted to the direction and value of the coolant velocity vector according to the dependencies obtained during calibration. To obtain a detailed data of the flow, a characteristic cross-section area of the model was selected, including the space cross flow between fuel assemblies and four rows of fuel rods of each of the TVSA fuel assemblies. In the framework of this study the analysis of the spatial distribution of the projections of the velocity of the coolant flow was fulfilled that has made it possible to pinpoint regularities that are intrinsic to the coolant flowing around spacing, mixing and combined spacing grates of the TVSA. Also, the values of the transverse flow of the coolant caused by the flow along hydraulically nonidentical grates were determined and their localization in the longitudinal and cross sections of the experimental model was revealed. Besides, the effect of accumulation of hydrodynamic flow disturbances in the longitudinal and cross sections of the model caused by the staggered arrangement of hydraulically non-identical grates was determined. The results of the study of the coolant cross flow between fuel assemblies interaction, i.e. between the adjacent TVSA-T and TVSA-T mod.2 fuel assemblies were adopted for practical use in the JSC of “Afrikantov OKB Mechanical Engineering” for assessing the heat engineering reliability of VVER reactor cores; also, they were included in the database for verification of computational hydrodynamics programs (CFD codes) and for detailed cell-based calculation of the reactor core.

активная зонатепловыделяющая сборкадистанционирующие и комбинированные дистанционирующие решеткигидродинамика теплоносителямежкассетное взаимодействиеcorefuel assemblyspacing and combined spacing gratescoolant hydrodynamicscoolant cross flow between fuel assemblies’ interactionРабота выполнена в рамках базовой части Государственного задания № 13.8823.2017/8.9 и при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации в рамках научного проекта МК-2398.2018.8.ReferencesДмитриев, С. М. Основное оборудование АЭС с корпусными реакторами на тепловых нейтронах / С. М. Дмитриев [и др.]. М.: Машиностроение, 2013. 415 c.. Dmitriev S. M.; Zverev D. L.; Bykh O. A.; Panov Yu. K.; Sorokin N. M.; Farafonov V. A. (2013) Main Equipment of Nuclear Power Plants with Thermal Neutron Hull Reactors. Мoscow; Mashinostroenie Publ. 415 (in Russian).К вопросу о методологии обоснования теплотехнической надежности активных зон водяных энергетических реакторов / А. А. Баринов [и др.] // Атомная энергия. 2016. Т. 120, вып. 5. С. 270–275.Barinov A. A.; Dmitriev S. M.; Khrobostov A. E.; Samoilov O. B. (2016) Methods of Thermomechanical Reliability Validation of Thermal Water-Moderated and Water-Cooled Reactor Cores. Atomic Energy; 120 (5); 335-341. https://doi.org/10.1007/s10512-016-0140-9Экспериментальные исследования локальной гидродинамики и массообмена теплоносителя в тепловыделяющих сборках реакторных установок с водой под давлением / С. М. Дмитриев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 6. C. 591–603. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-591-603.Dmitriev S. M.; Barinov A. A.; Pronin A. N.; Sorokin V. D.; Khrobostov A. E. (2016) Experimental Study of Local Hydrodynamics and Mass Exchange Processes of Coolant in Fuel Assemblies of Pressurized Water Reactors. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations;59 (6); 591-603 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-591-603Закономерности формирования потока теплоносителя за перемешивающей дистанционирующей решеткой ТВС-Квадрат реактора PWR / С. М. Дмитриев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 3. С. 258–268. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-3-258-268.Dmitriev S. M., Doronkov D. V., Legchanov M. A., Sorokin V. D., Khrobostov A. E. (2018) Regularities of Formation of Flow of Coolant Behind the Tvs-Kvadrat Mixing Spacing Grid of the Pwr-Type Reactor. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (3), 258–268 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-258-268.Изучение гидродинамических процессов течения теплоносителя в ТВС-Квадрат реактора PWR с различными перемешивающими дистанционирующими решетками / С. М. Дмитриев [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. 2018. Т. 25, № 5. С. 725–734.Dmitriev S. M.; Dobrov A. A.; Doronkov D. V.; Pronin A. N.; Solntsev D. N.; Sorokin V. D.; Khrobostov A. E. (2018) The study of hydrodynamic processes of a coolant flow in FA-KVADRAT PWR with various mixing spacer grids. Thermophysics and Aeromechanics; 25 (5); 695-703. https://doi.org/10.1134/s0869864318050062Экспериментальные исследования гидродинамики потока теплоносителя за дистанционирующей и перемешивающей решетками ТВСА-12PLUS реактора ВВЭР-1000 / С. М. Дмитриев [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2017. № 1. С. 126–134.Dmitriev S. M.; Varentsov A. V.; Doronkov D. V.; Pronin A. N.; Solntsev D. N.; Khrobostov A. E.; Sukharev Yu. P. (2017) Experimental Studies of the Fluid Dynamics of the Coolant Flow behind the TVSA-12PLUS Spacing and Mixing Grids of the VVER-1000 Reactor. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Fizika yadernykh reaktorov [Issues of Nuclear Science and Technology. Series: Physics of Nuclear Reactors]; (1); 126–134 (in Russian).Экспериментальные исследования локальной гидродинамики потока теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР с ТВСА-12PLUS / С. М. Дмитриев [и др.] // Вестник Московского энергетического института. 2016. № 2. С. 15–21.Dmitriev S. M.; Doronkov D. V.; Legchanov M. A.; Pronin A. N.; Khrobostov A. E. (2016) Experimental Studies of Local Hydrodynamics of the Coolant Flow in the Core of the VVER Reactor with TVSA-12PLUS. Vestnik MEI. Bulletin of Moscow Power Engineering Institute; (2); 15–21 (in Russian).Применение многоканального пневмометрического зонда для исследования профиля скорости теплоносителя в моделях топливных кассет ядерных реакторов / С. М. Дмитриев [и др.] // Приборы и методы измерений. 2015. Т. 6, вып. 2. С. 188–195.Dmitriev S. M.; Dobrov A. A.; Legchanov M. A.; Khrobostov A. E. (2015) Application of Multihole Pressure Probe for Research of Coolant Velocity Profile in Nuclear Reactor Fuel Assemblies. Pribory i metody izmerenii = Devices and Methods of Measurements; 6 (2); 188-195 (in Russian).Гухман, А. А. Введение в теорию подобия / А. А. Гухман. М.: Высш. шк., 1973. 296 c.Gukhman A. A. (1973) Introduction to the Theory of Similarity. Moscow; Vysshaya shkola Publ. 296 (in Russian)юГидродинамические особенности течения теплоносителя за перемешивающей дистанционирующей решеткой ТВС-Квадрат реактора PWR / С. М. Дмитриев [и др.] // Теплоэнергетика. 2019. № 4. С. 32–38.Samoilov O. B.; Noskov A. S.; Shipov D. L.; Dmitriev S. M.; Dobrov A. A.; Doronkov D. V.; Legchanov M. A.; Pronin A. N.; Solntsev; D. N.; Sorokin V. D.; Khrobostov A. E. (2019) Hydrodynamic Features of the Flow Downstream from the Mixing Spacer Grid in a Kvadrat Fuel Assembly in PWRs. Thermal Engineering; 66 (4); 243-248. https://doi.org/10.1134/s0040601519040074

The authors declare that there are no conflicts of interest present.