energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2014-0-5-154-156energy-822Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGНЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВОДЯНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ЗАСЫПКЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЧАСТИЦNONUNIFORMITIES OF TWO-PHASE COOLANT DISTRIBUTION IN A HEAT GENERATING PARTICLES BEDСорокинВ. В.SorokinV. V.

Associate Professor, PhD in Engineering

Associate Professor, PhD in Engineering

sorokin.npp@gmail.comБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201420102014058996Copyright © Сорокин В.В., 20142014Сорокин В.В.Sorokin V.V.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/822

Существенное повышение безопасности атомной энергетики может быть достигнуто за счет внедрения микротвэльного топлива в реакторных установках с водяным теплоносителем. Микротвэл представляет собой шарик диаметром порядка миллиметра, состоящий из топливного ядра, покрытого защитной оболочкой. Оболочки разделяют топливо и теплоноситель и обеспечивают удержание продуктов деления ядер. Благоприятные теплофизические свойства засыпки микротвэлов в сочетании с водяным теплоносителем позволяют избежать аварийных последствий перегрева топлива. Известны предложения по использованию микротвэлов в ВВЭР, прямоточном реакторе с перегревом пара, реакторе со спектральным регулированием за счет изменения паросодержания.

В статье расчетным методом анализируется возможность возникновения режимов с неравномерностью распределения теплоносителя в засыпке. Установлена неустойчивость, связанная с неоднозначностью зависимости перепада давлений от расходного паросодержания. Неустойчивость уменьшается с увеличением массового расхода, размера частиц, со снижением абсолютного давления, а влияние пористости на эффект мало. Наиболее опасный диапазон – при паросодержании порядка единицы. Возникают поры, заполненные только паром, и поры с водопаровой фазой при паросодержании, меньшем среднего по засыпке. В прямоточном реакторе с перегревом пара в таком режиме на выходе теплоноситель будет содержать долю влаги в капельной форме. Найдено, что в части режимов с недогревом на входе движение теплоносителя неустойчиво против сильного возмущения течения. В реакторе радиального типа при прочих равных условиях неравномерность распределения двухфазного теплоносителя по засыпке выше по сравнению с однофазным теплоносителем.

Sufficient atomic power generation safety increase may be done with microfuel adapting to reactor plants with water coolant. Microfuel particle is a millimeter size grain containing fission material core in a protecting coverage. The coverage protects fuel contact with coolant and provides isolation of fission products inside. Well thermophysical properties of microfuel bed in a direct contact with water coolant excludes fuel overheating when accidents. Microfuel use was suggested for a VVER, а direct flow reactor for superheat steam generation, a reactor with neutron spectra adjustment by the steam partial content varying in the coolant.

Nonuniformities of two-phase coolant distribution in a heat generating particles bed are predicted by calculations in this text. The one is due to multiple-valuedness of pressure drop across the bed on the steam quality dependency. The nonuniformity decreases with flow rate and particle size growths absolute pressure diminishing while porosity effect is weak. The worse case is for pressure quality of order of one. Some pure steam filled pores appears parallel to steam water mixture filled pores, latter steam quality is less than the mean of the bed. Considering this regime for the direct flow reactor for superheat steam generation we predict some water drops at the exit flow. The two-phase coolant filtration with subcooled water feed is unstable to strong disturbance effects are found. Uniformity of two-phase coolant distribution is worse than for one-phase in the same radial type reactor.

пароводяной теплоносительзасыпкатепловыделяющие частицыядерный реакторsteam-water coolantfillingsheat-emitting particlesnuclear reactorReferencesПерспективы применения микротвэлов в ВВЭР/ Н. Н. Пономарев-Степной [и др.] // Атомная энергия. – 1999. – Т. 85, вып. 6. – С. 443–449.Ponomarev-Stepnoy, N. N., Kukharkin, N. E., Khrulev, A. A., Degal’tsev, Iu. G., Glushkov, E. S., Filippov, G. A., Grishanin, E. I., Fal’kovskii, L. N. (1999) Future Aspects of Coated Particles Fuel Application in LWR. Atomnaia Energiia [Nuclear Energy], 85 (6), 443–449 (in Russian).Филиппов, Г. А. Перспективы создания прямоточных микротвэльных ядерных реакторов с перегревом пара / Г. А. Филиппов, Р. Г. Богоявленский, А. А. Авдеев // Тяжелое машиностроение. – 2002. – № 1. – С. 7–11.Filippov, G. A., Bogoyavlensky, A. A., Avdeev, A. A. (2002) Perspectives of Parallel-Flow Coated Particles Fuel of Nuclear Reactors Creation with Overheat of Steam. Tiazheloe Mashinostroenie [Heavy Engineering], 1, 7–11 (in Russian).Ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе микротвэлов и способ осуществления его работы: пат. 2475869 РФ, МПК7 G21C1/00 / Е. И. Гришанин, П. Н. Алексеев; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”». – № 2012105061/07; заявл. 15.02.2012; опубл. 20.02.2013 // Бюл. № 5.Grishanin, E. I., Alekseev, P. N. (2013) Nuclear Reactor with Water Under Pressure with Active Zone on the Base of Coated Particles Fuel and the Manner of its Operation. Patent of the Russian Federation No 2475869 (in Russian).Исаев, А. Н. Реактор с водным теплоносителем малой мощности с топливом на базе шариковых микротвэлов / А. Н. Исаев // Атомная техника за рубежом. – 2007. – № 8. – С. 14–20.Issaev, A. N. (2007) Reactor with Water Coolant of Small Capacity with Fuel on the Base of Spherical Coated fuel Particles. Atomnaia Tekhnika za Rubezhom [Nuclear Equipment Abroad], 8, 14–20 (in Russian).Исаев, А. Н. Применение шариковых микротвэлов реакторов с газовым теплоносителем в малых водо-водяных реакторах / А. Н. Исаев // Атомная техника за рубежом. – 2007. – № 10. – С. 12–18.Issaev, A. I. (2007) Application of Spherical Coated Fuel Particles of Reactors with Gas Heat Coolant in Small Two-Phase Reactors Atomnaia Tekhnika za Rubezhom [Nuclear Equipment Abroad], 10, 12–18 (in Russian).О возможности создания безопасных водо-водяных реакторов с тепловыделяющими сборками на основе шаровых твэлов / Е. Д. Домашев [и др.] // Промышленная теплотехника. – 2000. – Т. 22, № 4. – С. 51–55.Domashev, E. D., Domashev, V. E., Kolykhan, L. I., Fal’kovskii, L. N., Shraiber, A. A. (2000) About Possibilities of Creation Safety Two-Phase Reactors with Heat-Emitting Adjustment on the Base of Spherical Fuel Elements. Promyshlennaia Teplotekhnika [Industrial Heat Engineering] 22 (4), 51–55 (in Russian).Руководящий документ по стандартизации Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС. Методические указания: РД 24.035.05–89. – Введ. 01.07.90. – Л.: НПО ЦКТИ, 1991. – 211 с.RD 24.035.05–89. Guiding Document on Standardization of Ministry of Heavy, Energetic and Transport Engineering SSSR. Heat and Hydraulic Calculation of Heat Exchange Equipment Nuclear Power Station. Methodology Instructions. Leningrad: Scientific-Industrial Association of Boiler-and-Turbine Institute, 1991. 211 p. (in Russian).Kaviany, M. Principles of Heat Transfer in Porous Media / M. Kaviany. – NY: Springer-Verlag, 1991. – 626 p.Kaviany, M. (1991) Principles of Heat Transfer in Porous Media. NY, Springer-Verlag. 626 p.Сорокин, В. В. Гидравлика и теплообмен шаровых засыпок в условиях активной зоны водо-водяных ядерных реакторов с микротвэлами / В. В. Сорокин. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 191 с.Sorokin, V. V. (2010) Hydraulics and Heat Exchange of Spherical Fillings Under Conditions of Active Zone of Water-Cooled Nuclear Reactors with Coated Fuel Particles. Minsk: Belorussian Science. 191 p. (in Russian).Быстров, П. И. Гидродинамика коллекторных теплообменных аппаратов / П. И. Быстров, В. С. Михайлов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 223 с.Bystrov, P. I., Mikhailov, V. S. (1982) Hydrodynamics of Collector Heat Exchange Devices. ?oscow, Energoizdat. 223 p. (in Russian).Лебедев, А. В. Влияние геометрии зернистого слоя на его гидродинамические и тепловые характеристики: дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14 / А. В. Лебедев. – Новосибирск: ИТФ, 1988. – 156 с.Lebedev, A. V. (1988) Vliianie Geometrii Zernistogo Sloia na Ego Gidrodinamicheskie i Teplovye Kharakteristiki. Dis. kand. tekhn. nauk [Influence of Geometry of Granular Bed on its Hydrodynamic and Heat Characteristics. Dissertation of Candidate of Technical Sciences]. Novosibirsk, ITF. 156 p. (in Russian).

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