Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки

поля облучательного устройства. В качестве примера предлагается облучательное устройство

"Ритм", предназначенное для комплексного исследования пластических свойств ядерного топлива и газовыделения при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения. Обосновать выбор схемы для тепловых расчетов, выбор конструкционных материалов, теплофизических параметров и источников тепловыделений. Познакомить слушателей с результатами расчетов и их сопоставлением с экспериментальными данными.

План.
1. Схема тепловых расчетов для конкретной экспериментальной установки.
2.Выбор теплофизических характеристик для проведения расчетов.
3. Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчета.
 
 

 

облучательное устройство "Ритм", предназначенное для комплексного исследования пластических свойств

ядерного топлива и газовыделения при одновременной регистрации акустической эмиссии в процессе облучения.

практических расчетов поля температуры в установке необходимо задать:
-геометрические характеристики

облучательного устройства по R и Z,
-зависимости теплофизических характеристик
конструкционных материалов от температуры,
-величины тепловыделений в элементах установки,
коэффициенты теплообмена.

Позиции:
1.Обечайка, 2.Нагреватель, 3.Гильза, 4.Образец, 5.Держатель, 6.Фланец.

устройств обычно являются: алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь молибден и вольфрам.

Исследования могут проводиться на образцах из урана, его соединений и сплавов с различным обогащением по урану-235.

Позиции:
1.Обечайка, 2.Нагреватель, 3.Гильза,
4.Образец, 5.Держатель, 6.Фланец.

[12] зависимость теплопроводности от температуры молибдена может быть аппроксимирована двумя

прямыми:
 λ = 144-0,0378 (Т-273) (Вт/м K) при Т < 2120 К
 λ= 74-0,0092 (T-2I20) (Вт/м K) при Т > 2120 К
 
Теплопроводность нержавеющей стали [13] может быть описана параболической зависимостью от температуры:
 λ = 33,2 - 11,2*I0-6 (730 + Т)*(1273 - Т) (Вт/м K).
 
Теплопроводность алюминия в [ 13] аппроксимирована формулой:
 λ = 210 (1,2)(T-350)/345 (Вт/м K)
 
Зависимость теплопроводности вольфрама от температуры [12] можно представить полиномом второй степени:
 λ= 0,971*10-5 Т2 + 0,0548 T + 168,6.
 
Теплопроводность гелия, которым заполняется испытательная камера, как функция температуры, в соответствии с рекомендацией [14] описывается: соотношением:
 λ = λ0*(Т/273)0.73

по данным [15 ] и [11] в зависимости от температуры

апроксимируется следующими уравнениями:
для молибдена - ε = I,024*I0-4 T,
для вольфрама - ε = I,389*I0-4 T,
для нержавеющей стали в диапазоне температуры 400-1200 К
ε = 0,0814(Т)0.3,
для алюминия в пределах 293-323 К ε может быть принята постоянной, равной 0,1.

[11] .
Его величина для воздуха меняется слабо и может

быть принята постоянной, равной 7 Вт/м 2 К .
При охлаждении стенки камеры водой в отсутствии кипения в пристенном слое α рекомендуется [11] выбирать
в пределах 600-1800 Вт/м 2 К.
В условиях бассейнового реактора ИРТ-МИФИ при температуре воды 318 К и возможной разности температур между стенкой и водой ~ 45 К можно принять α = 880 Вт/м2 К.

Коэффициент теплообмена

в топлива в соответствии с рекомендациями [ 9 ] определяется

выражением:
 
qv = 0.3*10-10 N (m 5 σ 5 Ф Т / A 5 + m 8 σ 8 Ф Б / A 8 ) + ρ q γ
 
где
N - число Авогадро;
σ 5 и σ 8 - сечения деления изотопов U235 и U238
Ф Т ,Ф Б - потоки тепловых и быстрых нейтроновА5 и А8 - массовые числа изотопов U235 и U238
q γ-удельное энерговыделение при поглощении гамма-квантов Вт/г ρ - плотность образца.
Расчет удельного энерговыделения в конструкционных материалах за счет поглощения γ-излучения проводится на основании известной зависимости поглощенной мощности дозы p (рад/с) от мощ­ности реактора.
В этом случае для средней энергии γ -квантов, равной I МэВ:
 
q γ = 3,57*10 -4 p γj (μ/ρ )j ,
 
где γj и (μ/ρ )j - плотность материала и массовый коэффициент поглощения j -го элемента кон­струкции соответственно [16] .

установки «Ритм». (1, 2, 3 – расчет при температурах нагревателя

2400К, 1500К,990К.) соответственно).

Рис.3.5. Зависимость температуры образца (1- эксперимент, 2- расчет) и температуры фланца (4- эксперимент, 3- расчет) от мощности нагревателя при мощности реактора 2,5 МВт.

теплового расчета высокотемпературных реакторных устройств была использована при проектировании конкретных

облучательных установок. Вне и в поле излучений были проведены эксперименты по исследованию температурных распределений в облучательных устройствах.
На рис.3.5,3.6 представлены сопоставления расчетных полей температуры с экспериментальными результатами. Представленная общая методика расчета, как видно из приведенного примера, конкретно реализуется в случае задания геометрических размеров системы. Это типичный пример "поверочного" расчета конструкции. Такой подход к решению задачи оправдан и при наличии ЭВМ предполагает неоднократное обращение к программе расчетов на стадии проектирования облучательного устройства.
При повторных обращениях возможны уточнения геометрических размеров системы, использование других материалов в конструкции. В этом случае необходимы изменения только в блоках программы, и все повторные (вариантные) расчеты не являются трудоемкими.
Необходимо отметить и еще один аспект использования методики. Поставленная задача стационарна, однако с помощью нее возможно рассмотрение и нестационарных задач. Для реализации таких расчетов необходимо использование программы с изменением параметров (температура, внутренние источники тепла и др.) "шагами", зависящими от времени таким образом, что рассматриваемая система будет проходить последовательно множество стационарных состояний, отвечающих за ее поведение во времени.