Общая схема последовательности стадий разработки облучательного устройства.

облучательных устройств для пассивных и активных реакторных испытаний. Обратить внимание

на специфику конструкторских разработок облучательных устройств, последовательность проведения этой работы. Выделить наиболее важную задачу для разработки конструкции облучательного устройства- расчет поля температуры по его элементам. Приступить к постановке задачи расчета температурного поля.

План.

1. Общая схема последовательности стадий разработки облучательного устройства.
2. Обоснование необходимости тепловых расчетов облучательных устройств.
3. Постановка задачи о распределении температуры в облучательном устройстве.
 
 

 

факторов:
-малые радиальные размеры реакторных каналов,
-внутренние тепловыделения в элементах конструкции

устройства и испытуемом образце,
-влияние излучения на первичные преобразователи измеряемых величин,
-повышенные требования к надежности

присутствуют все основные стадии конструкторской разработки, используемые при создании

конструкций в машиностроении.
Можно выделить три стадии работы над проектом:
1. Разработка варианта компоновки облучательного устройства
(позиции 1,2,3,4).
2. Создание эскизного проекта (позиции 5,7,8,9)
3. Разработка рабочего проекта (позиции 10,11, 12,13).
Все стадии могут поддерживаться позицией 6 (Программы расчетов и проведение вычислений).

формулировке задачи (позиции 1,2,3)
должны быть веские основания в

необходимости постановки реакторного эксперимента ,
уделить внимание поиску прототипа облучательного устройства.
выбор места проведения испытаний зависит от степени влияния излучения на объект испытаний.
Вторая стадия:
уровень температуры, деформации , излучение влияют на тип и местоположение датчиков (первичных преобразователей измеряемых величин)
Третья стадия:
- стендовые, вне реакторные испытания макета и
оценка надежности,
- выбор конструкционных материалов облучательного устройства с учетом возможностей безопасной выгрузки его после штатных экспериментов.

Расчет поля температуры облучательной установки позволяет на стадии проектирования:
- найти

оптимальные размеры нагревателя,
- учесть температурные деформации элементов установки,
- произвести прочностной расчет,
-правильно наметить места расположения первичных преобразователей для измерения температур, деформаций, нагрузок.
В схематизированном виде установка представляет собой цилиндрическую конструкцию, симметричную относительно продольной оси и плоскости серединного поперечного сечения активной зоны ядерного реактора .
На оси установки между держателями (2) находится образец (I), вокруг которого установлены нагреватель (3), экран (4) и корпус камеры (5), представляющие полые соосные цилиндры.
По длине установка делится на зоны, отличающиеся условиями теплообмена, числом элементов, размерами их поперечных сечений и материалами.

В первых двух зонах нагреватель отдает тепло образцу и экранам,

в остальных происходит отвод тепла от держателя через оболочку в окружающую среду.
Каждый элемент установки может иметь внутренние источники тепла, которые возникают за счет тормозного гамма -излучения или электронагрева.
Методика определения полей температуры в установке основывается на следующих допущениях:
1.Расчет производится для установившегося теплового режима.
2.Температура в поперечном сечении элементов принята одинаковой или усредненной по сечению.
3.Теплообмен между соседними элементами происходит в плоскости поперечного сечения установки.
4.Внутренние источники тепла в пределах каждой зоны равномерно распределены по всему объему элемента.

передачу тепла вдоль оси z теплопроводностью, наличие внутренних источников

тепла, теплообмен с соседними элементами, или с окружающей средой , можно записать следующее уравнение теплового баланса: 
 
λS (d2T/dz2 )+ qvS = q1 + q2 + q3 (1)
 
где
λ - теплопроводность материала элемента (Вт./м К ) ;
S - площадь поперечного сечения (м2);
qv - плотность внутренних источников тепла (Вт/м3 );
q1 - радиальный поток тепла между смежными элементами от излучения;
q2 - то же за счет теплопроводности через газ;
q3 -то же в окружающую среду
(для внутренних элементов установки q3= 0).

σ0 Hε пр (T 4 – T14)

где
σ0 = 5,76*

10-8 Вт/м2К4 - коэффициент излучения абсолютно черного тела;
H- взаимная поверхность излучения смежных элементов, в данном случае равная периметру внутреннего элемента;
εпр -приведенный коэффициент черноты;
Т - температура излучающего элемента;
Т1 - температура поглощающего элемента;

установку[11] :

q2 = 2 nk λг (T-T1) / ln(R/R1)

λг -теплопроводность

газа в установке (Вт/мK); R - радиус излучающей поверхности (м); R1 - радиус поглощающей поверхности (м); nk = 0,062 ( Рг Gr )1/ 3 104<РгGr < 107 ;
nk = 0,22 ( Рг Gr )1/ 4 107<РгGr < 1010 ;
Pr = ν / a – критерий Прандля;
Gr = gβ∆TL3/ ν2 – критерий Грасгофа
g - ускорение силы тяжести;
β - коэффициент объемного расширения газа;
ν - коэффициент кинематической вязкости;
а - коэффициент температуропроводности;
∆T - разность температур теплопередающих поверхностей;
L - высота теплопередающих поверхностей;

(2)

где
α - коэффициент теплообмена со средой (Вт/м2 K),
F

- наружная поверхность элемента на единицу длины (м);
Tcp - температура среды.
Потоки тепла излучением и теплопроводностью через газ можно представить в виде:

q2+ q1= h (T-T1)

где

h= (T3+T2T1+TT12+T13) σ0 Hε пр+ 2 nk λг (T-T1) / ln(R/R1)

приведенный коэффициент теплообмена, а ε пр определяется соотношением:

ε пр = (1/ε + (1/ε 1-1) R/R1)-1