Диссертация (781854), страница 28
Текст из файла (страница 28)
4.6 показано изменение во времени температуры на внешней ивнутренней поверхностях термочувствительного элемента при его двухстороннем нагревании. Темп нагрева теплоносителя k составил 20°С/с, скорость обтекания потоком теплоносителя w равна 1 м/c. На рис. 4.7 представлена зависимость температуры материала термочувствительного элемента от координаты rперед разрушением при тех же параметрах теплоносителя.196На рис. 4.8 приведено изменение во времени температуры на внешней ивнутренней поверхностях термочувствительного элемента при его двухстороннем нагревании и следующих параметрах теплоносителя: темп нагреваk = 10°С/с, скорость обтекания w = 0,5 м/c.
На рис. 4.9 дана зависимость температуры материала термочувствительного элемента от координаты r перед разрушением при тех же значениях темпа нагрева и скорости теплоносителя.Из сравнения рисунков 4.6-4.9 следует, что при двухстороннем нагреваниитемпературынавнешнейивнутреннейповерхностяхтермочувствительного элемента отличаются не более чем на 2,4°С.На рис. 4.10 показано изменение во времени температуры на внешней ивнутренней поверхностях термочувствительного элемента при его одностороннем нагревании. Темп нагрева теплоносителя составил 20°С/с, скорость обтекания потоком теплоносителя – 1 м/c. На рис.
4.11 представлена зависимостьтемпературы материала термочувствительного элемента от координаты r передразрушением при тех же параметрах теплоносителя.720T, °C7006806606401620260058056001234567t, c8Рис. 4.6. Изменение во времени температуры на внешней (1) и внутренней(2) поверхностях термочувствительного элемента при двухстороннемнагревании и k = 20°С/с, w = 1 м/c197705T, °C7037016996976950,02190,02240,02290,0234r, м0,0239Рис. 4.7. Зависимость температуры материала термочувствительногоэлемента от координаты r в момент времени t = 7,53 c при двухстороннемнагревании и k = 20°С/с, w = 1 м/сT, °C7207006806606401620260058056002468101214 t, c 16Рис. 4.8. Изменение во времени температуры на внешней (1) и внутренней(2) поверхностях термочувствительного элемента при двухстороннемнагревании и k = 10°С/с, w = 0,5 м/с198705T, °С7037016996976950,02190,02240,02290,0234r, м0,0239Рис.
4.9. Зависимость температуры материала термочувствительного элементаот координаты r в момент времени t = 14,62 c при двухстороннем нагревании иk = 10°С/с, w = 0,5 м/с720T, °С7006806601640620260058056002468t, c10Рис. 4.10. Изменение во времени температуры на внешней (1) и внутренней (2) поверхностях термочувствительного элемента при одностороннемнагревании и k = 20°С/с, w = 1 м/с199710T, °С7057006956900,02190,02240,02290,0234r, м0,0239Рис. 4.11. Зависимость температуры материала термочувствительногоэлемента от координаты r в момент времени t = 8,59 c при одностороннемнагревании и k = 20°С/с, w = 1 м/сНа рис. 4.12 приведено изменение во времени температуры на внешней ивнутренней поверхностях термочувствительного элемента при его одностороннем нагревании и следующих параметрах теплоносителя: темп нагреваk = 10°С/с, скорость обтекания w = 0,5 м/c.
На рис. 4.13 дана зависимость температуры материала термочувствительного элемента от координаты r передразрушением при тех же значениях темпа нагрева и скорости теплоносителяАнализируя данные, представленные на рисунках 4.11 и 4.13, можно отметить, что при одностороннем нагревании максимальная разность температуры на внешней и внутренней поверхностях термочувствительного элемента составляет 14,4°C.200T, °С720700680660640162026005805600246810121416t, c18Рис. 4.12. Изменение во времени температуры на внешней (1) и внутренней(2) поверхностях термочувствительного элемента при одностороннем нагревании и k = 10°С/с, w = 0,5 м/с705T, °C7037016996976950,02190,02240,02290,0234r, м0,0239Рис. 4.13. Зависимость температуры материала термочувствительногоэлемента от координаты r в момент времени t = 16,14 c при одностороннемнагревании и k = 10°С/с, w = 0,5 м/с201В таблицах 4.1 и 4.3 представлены значения времени до разрушениятермочувствительного элемента при двухстороннем и одностороннем нагревании соответственно.
Из таблиц 4.1 и 4.3 видно, что время до разрушениятермочувствительного элемента уменьшается с увеличением темпа нагрева теплоносителя и скорости обтекания его потоком. Время до разрушениятермочувствительного элемента при двухстороннем нагревании меньше, чемпри одностороннем нагревании, при одних и тех же параметрах теплоносителя.В таблицах 4.2 и 4.4 приведена температура натрия в момент разрушениятермочувствительного элемента при двухстороннем и одностороннем нагревании соответственно.Из таблиц 4.2, 4.4 видно, что температура потока в момент разрушения непревышает 713°С при двустороннем нагревании стенки и 740°С при одностороннем нагревании.Таблица 4.1Время до разрушения термочувствительного элемента при двухстороннемнагревании в зависимости от темпа нагрева и скорости теплоносителя, ck, °C/c201057,537,6414,5114,6228,4628,57w, м/c10,5Таблица 4.2Температура потока натрия в момент разрушения термочувствительногоэлемента при двухстороннем нагревании в зависимости от темпа нагрева искорости теплоносителя, °Ck, °C/c20105710,6712,8705,1706,2702,3702,9w, м/c10,5202Таблица 4.3Время до разрушения термочувствительного элемента при одностороннемнагревании в зависимости от темпа нагрева и скорости теплоносителя, ck, °C/c201058,598,9315,7516,1429,7530,16w, м/c10,5Таблица 4.4Температура потока натрия в момент разрушения термочувствительногоэлемента при одностороннем нагревании в зависимости от темпа нагрева искорости теплоносителя, °Ck, °C/c20105731,8738,6717,5721,4708,8710,8w, м/c10,5Выполнен тепловой и прочностной расчет состояния термочувствительного элемента в виде втулки макетного образца, испытанного на рабочем участке натриевого стенда, при переменном темпе роста температуры теплоносителя.Нарис.4.14представленазависимостьтемпературыматериалатермочувствительного элемента от координаты r перед разрушением при двухстороннем нагревании и переменном темпе нагрева теплоносителя.
Температуры на внешней и внутренней поверхностях термочувствительного элемента отличатся не более чем на 1,4°С.203T, °Сr, мРис. 4.14. Зависимость температуры материала термочувствительного элементаот координаты r в момент времени t = 21,63 c при двухстороннем нагревании ипеременном темпе нагрева теплоносителяВремя до разрушения термочувствительного элемента, рассчитанное попрограмме ТВ, в данном варианте составило 21,63 c, что на 9% меньше экспериментального значения.4.4. Выводы к главе 41. Разработана расчетная методика, моделирующая явления, протекающие на стенде “Плутон” при разрушении оболочек имитаторов твэлов, котораяреализована в программе ТНП.
Выполнен расчет по данной программе двухпроцессов: разрушения оболочки имитатора твэла под действием термическихнапряжений и проплавления оболочки.Согласно результатам расчета время проплавления оболочки имитаторатвэла составило ~ 20 мс.
Рассчитаны также термические напряжения, возникающие в твердой части оболочки, которые могут приводить к разрушениюоболочки.204Результаты расчета показывают, что условие разрушения оболочки имитатора твэла выполняется в момент времени 14,7 мс. Таким образом, начинается разрушение оболочки под действием термических напряжений.Сравнение рассчитанного по программе ТНП времени начала разрушенияоболочки с экспериментально определенной величиной полного времени разрушения, не превышающей 0,5 с, показало, что расчетная величина находится впределах промежутка времени, полученного в экспериментах.2. Разработана расчетная методика для исследования механизмов деградации оболочек твэлов ТВС быстрых реакторов.
Расчетная методика реализована в специально разработанной программе ДОТ.При расчетах разрушения оболочки твэла под действием напряжений ипроплавления рассматривались три режима охлаждения твэла: натрием температурой 1073 К, кипящим натрием и натрием в режиме пленочного кипения.В первом случае расчеты показывают, что при α < 2000 Вт/(м 2 К) достигаемое эквивалентное напряжение превышает предел прочности рассматриваемой стали, что приводит к разрушению оболочки под действием напряжений.При охлаждении кипящим натрием оболочка твэла не разрушается. При охлаждении натрием в режиме пленочного кипения время до разрушения оболочкитвэла составляет 3,9 – 4,6 c.
В отсутствие напряжений – в реальности имеет место разрушение оболочки под действием напряжений – время до проплавленияоболочки составит 6,9 – 9 с в зависимости от значений коэффициента теплоотдачи, изменяющихся в диапазоне = 100 –500 Вт/(м 2 К).Из расчетов следует, что соотношение между напряжениями от давлениягазообразных продуктов деления и окружными и меридиональными температурными напряжениями может изменяться в широком диапазоне. В моментразрушения оболочки при пленочном кипении и в режиме охлаждения жидкимнатрием напряжения от давления газообразных продуктов деления составляют30–140% абсолютной величины.205Таким образом, согласно представленной расчетной модели время до разрушения оболочки под действием рассмотренных механизмов существенно зависит от условий охлаждения твэла.3.
По специально разработанной программе ТВ проведен тепловой ипрочностной расчет состояния цилиндрического термочувствительного элемента макета 1. Показано, что в диапазоне скорости потока 0,5 –1 м/с и темпе ростатемпературы потока натрия 5 – 20°С/с время до разрушения термочувствительного элемента при двухстороннем нагреве стенки меньше 29 с, а температура потока в момент разрушения не превышает 713°С.
При одностороннем нагреве время до разрушения термочувствительного элемента не превышает30,2 с, а температура потока – 740°С.Выполнен тепловой и прочностной расчет состояния термочувствительного элемента в виде втулки макетного образца, испытанного на рабочем участке натриевого стенда, при переменном темпе роста температуры теплоносителя. Время до разрушения термочувствительного элемента, рассчитанное попрограмме ТВ, составило 21,63 c, что на 9% меньше экспериментального значения.206Глава 5Аналитические решения тестовых задачВ программе БРУТ большинство модулей связано с процессами теплопроводности и теплообмена.
Для верификации программы необходимы аналитические решения, описывающие процессы модулей. Имеется обширная литература (монографии и справочники [158,56,57,143]) по решению задач теплопроводности. Однако для целей верификации программы они мало пригодныпо трем причинам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
