Termomechanika reaktorů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Vývin tepla v jaderných reaktorech - prostorové rozložení a časový průběh, zbytkový vývin tepla. Stacionární a nestacionární vedení tepla v palivových elementech, vedení tepla v povlaku, sdílení tepla v mezeře palivo-povlak. Přestup tepla konvekcí v jaderných reaktorech a krize varu I. druhu. Rozložení teplot v palivovém kanále ve stacionárním stavu a v přechodových podmínkách. Hydrodynamika aktivní zóny. Teorie horkého kanálu. Termohydraulický výpočet reaktoru ve stacionárním stavu.

Požadavky:

17ZAF, 17JARE, 17THN1,2

Osnova přednášek:

1. Vývin tepla v reaktorech

Rozsah: 4 přednášky

Témata přednášek:

Energie uvolněná při štěpení

Začlenění přednášky do studia a návaznost na jiné předměty, cíle výuky. Energie uvolněná při štěpení a využitelná energie. Vývin tepla v aktivní zóně. Součinitelé nerovnoměrnosti a vyrovnání. Funkce vývinu tepla. Vývin tepla na jednotku délky palivového kanálu.

Vývin tepla ve válcovém reaktoru

Uniformní mříž. Jednogrupová rovnice reaktoru. Vývin tepla v holém válcovém reaktoru. Vliv reflektoru na prostorové rozložení vývinu tepla. Ekvivalentní reaktor. Vliv absorpčních elementů. Vliv dutin a mezer. Radiální rozložení vývinu tepla při kampaňové výměně paliva.

Vliv xenonu a chemické reakce

Vliv xenonu na prostorový vývin tepla. výchozí rovnice, rozložení vývinu tepla při změně provozního režimu reaktoru, xenonové oscilace, oscilace v reaktorech VVER. Chemické reakce povlaku s vodní párou: kinetika chemické reakce, energetické zabarvení reakce, časový průběh oxidace povlaku.

Zbytkový vývin tepla v reaktorech

Dobíhající štěpná řetězová reakce, radioaktivní rozpad produktů štěpení, radioaktivní rozpad transuranů. Význam zbytkového vývinu tepla pro bezpečnost jaderných reaktorů. Výpočtový kód ORIGEN.

2. Sdílení tepla v palivových elementech

Rozsah: 4 přednášky

Témata přednášek:

Vedení tepla v palivových elementech

Rovnice vedení tepla ve válcové geometrii. Integrální tepelná vodivost. Tepelně fyzikální vlastnosti paliva. Program MATPRO. Vedení tepla ve válcové palivové tyči: zjednodušený přístup, vliv proměnného vývinu tepla po poloměru tyče, vliv centrální dutiny, vedení tepla v duté palivové tyči s oboustranným odvodem tepla.

Sdílení tepla v mezeře palivo-povlak

Součinitel sdílení tepla v mezeře palivo-povlak: vedení tepla v plynové náplni, kontaktní tepelná vodivost, sdílení tepla zářením. Tepelně fyzikální konstanty, ovlivňující stav mezery. Podobnostní přístup Šlykova. Součinitel sdílení paliva VVER - čerstvé palivo, vyhořelé palivo. Výpočtové modely sdílení tepla v mezeře palivo-povlak.

Přestup tepla v aktivní zóně

Teorie podobnosti, bezrozměrná podobnostní čísla. Jednofázové proudění: konvektivní a konduktivní přestup tepla. Nucená konvekce, přirozená konvekce. Vliv distančních mřížek na součinitel přestupu tepla. Součinitel přestupu tepla aktivní zóny reaktorů VVER.

Dvoufázové proudění a krize varu

Režim vyvinutého bublinkového varu. Bublinkový var, blánový var. Krize varu 1. druhu: fyzikální podstata, výpočtové korelace. Přechodový blánový var, stabilní blánový var. Chování paliva v extrémních podmínkách, výsledky testů PCM.

3. Stacionární rozložení teplot v palivovém kanále

Rozsah: 2 přednášky

Témata přednášek:

Přenos tepla v palivových kanálech

Energetická rovnice proudícího chladiva. Rozložení teplot chladiva, povlakové trubky, palivové pelety. Homogenní model palivové tyče. Teorie podobnosti - bezrozměrné teploty.

Stacionární rozložení teplot v palivovém kanále

Axiální průběh teploty chladiva v palivovém kanále se sinusovým vývinem tepla. Teploty povrchu palivové tyče. Teploty v ose palivové tyče. Maximální teploty na povrchu a v ose palivové tyče. Prstencový palivový článek. Podobnost teplotních polí. Var v palivovém kanále.

4. Hydrodynamika reaktoru

Rozsah: 1 přednáška,

Téma přednášky:

Tlaková ztráta: Bernoulliho rovnice, tření teplonosné látky, místní hydraulické odpory, ztráta na urychlení chladiva, hydrostatický tlak. Celková tlaková ztráta a distribuce chladiva v aktivní zóně. Hydrodynamika reaktorů VVER. Hydraulická charakteristika aktivní zóny, reaktoru a primárního okruhu. Charakteristiky čerpadel.

5.Termohydraulická analýza reaktoru

Rozsah: 1 přednáška,

Téma přednášky:

Teorie horkého kanálu: princip, součinitelé horkého kanálu, teploty v horkém kanále. Deterministický a statistický přístup. Termohydraulická analýza reaktoru ve stacionárním stavu. Omezující kritéria maximálně přípustného tepelného výkonu reaktoru. Maximálně přípustný výkon (Limity a podmínky provozu). Integrální výpočtové kódy (RELAP, ATHLET).

Osnova cvičení:

1. Vývin tepla v reaktorech

Témata: Energie uvolněná při štěpení, vývin tepla ve válcovém reaktoru, chemická reakce povlaku s vodní parou.

Rozsah: 6 cvičení

2. Sdílení tepla v palivových elementech

Témata: Vedení tepla v palivových elementech, sdílení tepla v mezeře palivo-povlak.

Rozsah: 4 cvičení

3. Stacionární rozložení teplot v palivovém kanále

Témata: Přenos tepla v palivových kanálech, stacionární rozložení teplot v palivovém kanále.

Rozsah: 3 cvičení

Cíle studia:

Znalosti:

Podrobná znalost fyzikálních aspektů ovlivňujících prostorové rozložení vývinu tepla v jaderných reaktorech. Orientace v základních zákonech sdílení a přenosu tepla v aktivní zóně reaktoru. Představy o problematice termohydraulické analýzy jaderných reaktorů.

Schopnosti:

Aplikace základních předmětů (17ZAF, 17THN1, 17THN2) na jaderné energetické reaktory. Orientace v dané problematice, uplatnění získaných znalostí v dalších předmětech (17DYR, 17JBEZ).

Studijní materiály:

Povinná literatura:

1. Heřmanský B.: „Termomechanika reaktorů.“, Academia, Praha 1986.

Doporučená literatura:

2. Tong, L.S., Weisman, J.: Thermal Analysis of Pressurized Water Reactors, American Nuclear Society, Illinois USA, 1996, ISBN: 0-89448-038-3.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: