KFKI-1977-115
SZABADOS L.
KRITIKUS HOFLUXUS VIZSGÁLATOK STACIONÁRIUS ÉS TRANZIENS ÁLLAPOTBAN
Hungarian academy of Sciences CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST
KFKI-1977-115
KRITIKUS MOFLUXUS VIZSGALATOK STACIONÁRIUS ÉS TRANZIENS ÁLLAPOTBAN Szabados László Termohidraulikal Osztály Központi Fizikai Kutató Intézet 1525 Budapest, 114. Postafiók 49
HU ISSN 0368 5 330 T:;I;N
9в.1
g?i
.?»;<
в
Kivonat A dolgozatban stacionárius és tranziens kritikus hőfluxus vizsgála tokat ismertetünk. Megállapítottuk, hogy stacionárius állapotban, a PWR reaktorok tartományában, a lokális paraméterekre alapozott kri tikus hőfluxus korrelációk, kisebb hibával reprodukálják a kisérleti adatokat, mint a rendszerparaméterekre alapozott korrelációk. A tranziens vizsgálatokat teljesítmény tranziensekre korlátoztuk. Ki dolgoztuk a kritikus hőfluxus mérési adatok feldolgozásának módsze rét én mérési adatokkal igazoltuk a kvázi-stacionárius számítási el járás alkalmazhatóságát.
Abstract The steady state and transient critical heat flux /CHF/ examinations are described in this paper. The conclusions are follows: in steady-state case within the P.W.R. parameter range the critical heat flux correla tions based on local parameters reproduce the experimental data with less deviations than those of based on system parameters. The transient experiments were restricted for the case of power transients. A C.H.F. measurement data processinq loethod has been developed, and the applica bility of quasy steady-state calculation has been verified.
Резше В работе описываются исследования критических тепловых потоков, проведен ные при стационарных и нестационарных условиях. Было установлено, что в стационарном случае и при параметрах характерных для реакторов типа ВВЭР корреляции, основанные на локальные параметры потока воспроизводят экспериментальные результаты с меньшим отклонением чем корреляции осно ванные на режимные параметры. Исследования критических тепловых потокор при нестационарных условиях включали в себя случаи уменьшения мопиости. Разработали методику обработки экспериментальных данных для этих иссле дований и показали применимость квазистационарных расчетов на основании рузультатов измерений.
-
V i zh'H é s . ••: • ч»Г'И'Ч i \..i i
г'мМтпк
,iM i v z ó n á j a 1чп vagy ilzem^zerOen
l ó i •'.«)• t f i t / » vagy li i.'.ifiyns i'bvmi hűt ők ÍV,-.,'|' f o r r á s . I meg. ngede t t . .•rlii't'". nagy
l i ó t f i l i . li'si-Hii'K ;
".••rí f>'ls'*i k o r l á t
1 -
t 'rni^rr t.es , hogy л f r i r i ' . i : « ; ; hőo:;eré ve I
f"ls'", k o r b i l j . t :
•• I •'•!••' .;' |и' I a l i n . i t a i l á s b a n k r i z i . ; V " v e I kez i к b e ,
terhelést
elégéséhez kritikus
v i ' j i ' l bet .
tohhmint
ilOOOO | i U ő i ' | . - m v . m . Чл ég i |
lentő:,
r é s z i i | »• -:i'ii
I .
/IM::.iri
kárt. nkoi.ó í l z o m z a v i r
indokolni
riznkntk a kutatásodnak
keletkezik.
1
alapvető
üz<>mál 1 apót ban elV-eWI] h e ' ő nyomot t víz»-:', r e a k t o r o k
szempont
legyen,
mindkét
bármely
pont] in f e l l é p ő
ki sehh.
s.-.okis. •; i
[eladat.
számi t á p o k h o z ,
néhány
zóna i á b a n
fuőelem már
je
Nem К*; 1 1 t e h á t
[l]
linfluxur;
riévleg-í.s
az e I -
,
[,']
. A tervezési
tartozó
hflfluxus
amelyek
input
m inde n
filozófia
vs л r e a k t o r
egy m e g a d o t t
r>NBF= l>NB hő f i u x i i s / l o k á l i s
a
.adatként
eredménye v i s z o n t
bonyolult,
a reaktorfizikai
használja visszahat
a
barmelv
értéknél
hőfluxus.
t ö r t é n ő meghatározása
Л hőf i z i k i i s , « z e k é i : Я7, I d á t o k a t k a p j a és
krizis
/Wo:-; t i nghouse-PWR és VVF.R/ ugyan
v i s z o n y a nem l e h e t
1.''>гЬе11 é s i d ő b e n
t e l j e s i t nie nyéne к
a z , hogy л f o r r á s o s
t. i p u s á n á l
- í / . , mi-ve;:«: l e s e n я/. , hop, у j k r í z i s h e z
sok e r e d m é n y e i b ő l
aktiv
i re:ak I o f I M I I
m e g v á l a s z t á s a k o r ep,yik
szetett
Ju, a ffl-
.1 Fon tosr;ágá t , a m e l y e k
f •irvi'ZPSOn ' I , a r e a k t o r
hőfluxus
amely
irányultak.
(lyornot t v i z e s r e a k t o r o k
Л lokális
1
t a r t o z ó ln~—
k ö r b e "k i h o n i n 1 1 " a k t i v i t á s
p v l i / . » ' i | l . i ' i i .i j e l e n s é g v i z s g á b i t á r a
I>u'i4i:n_>:. kj_.i z j j j
a reaktor
t el lépéséhez
f e I t é t d ezzílk , hogy c s a k
f e l / , л primer
l e h e t és a n y a g i
mu] t / - I
Л fniT.ísnr; k r í z i s
iiőf 1 tixii:; nak n e v e z z ü k . Л WbK-'MlO r u a k t o r
hurlol il
i-l-
v.111. Л h o l t ' i l i f l é:; n ő v e ) e s e k o r
o l y a n r i k e n v : . z e r i t »•; | h o l e r h e ] é : ; í l t erid:;.'."rekher>, nr'nt I Л ; "•• I f l l i ' t
/forra
í I '.»pot o k b a n / i i y p i j o l l v i s n : ; (•«•.il t u r / , ,-i
ösz-
kutatá
te.rmohidraulikai
a reaktorfizikai
ada
tokra.
Л zóna
legkedvejzőt l e n e b n h e l y z e t b e n
egyszerű f f l r t d . i t . t rrnsohi d r - i ' i l i k a i
Jóval bonyolultabb szempontból a
axiális
eloszlások
illetve
,j DNI< v i r : z n n y
Л kiit.iku'.
lévő kötegének
kötegen b e l f i l i
és " i m c l ; a l a p j á n
-
I i i ' i j u x u - v i , . ij'.i 1 a l á b r u i . j ; : l k e l l e n e , c é j i j ]
r/oiibin
a kritikus
én
hőfluxu::,
k i l t i z n O n k , hogy a
b i z t o r , i t r;uk , hogy a h ő f l u x u : . ; e l -
rii'.ono'. li.-gyen -» re i k t o r b n i i f e l l é p ő
gvk. e s e l é b e t i
mind
radiális
rrvigha t i п г.: á -; a .
m'M ószakar. zol. mer.f •• !<• 1 ' ' I-. i - i j ^ k . i t a n á v a l o:;zli;,
aránylag
p r o b l é m a mind r e a k t o r f i z i k a i ,
legterheltebb
figyelendő votr-le
kijelölése
hőfluxus
eloszlással.
t " , | , ц . >1 ')• i-i i é t IIK'-I f•;; t c c l m I ka i o k o k b ó l , az
RudkötRaxiális
- 2 -
és radiális irányban egyaránt változó hőforráseloszlás létrehozása komoly nehézségeket jelent, ezért általában az eloszlások hatását szét választva vizsgálják. A kutatási gyakorlatban a következő mérőszakaszok használatosak: rudköteg mérőszakaszok axiálisan és radiálisán állandó hőforrás eloszlással; rudköteg mérőszakaszok radiálisán állandó, axiálisan változó hő forrás eloszlással; ruókőteg т-érőszakaszok axiálisan állandó, radiálisán változó hő forrás eloszlással; rud, vagy cső mérőszakaszok axiálisan változó hőforrás eloszlással. A fiitöviem kötegen belüli radiális hőforrás eloszlás hatásának figyelembe vételére a legjelentősebb /publikált|f kisérlet-sorozatot az olasz CISE kutató központban hajtották végre [j] . Az axiális teljesítmény eloszlás hatásának figyelembe vételére a Westinghouse-nál kidolgozott és Tong nevéhez fílzödő számítási eljárác flj terjedt el, amely axiálisan állandó hőforrás eloszlásra kapott kritikus hőfluxus adatokat korrigálja, az axi álisan nr?m epyenletes esetre. A másik eljárás liee nevéhez fűződik [t] és ugyancsak széleskörűen használt. Ezzel értékeltük ki a KFKI-ban az axiális an nem egyenletesen fűtött 1-rud mérőszakaszon kapott kísérleti eredménye ket [45] . A Westinghouse által gyártott reaktoroknál Tong szerint a W-3 korreJációt használták, amely csőben végzett kísérleti adatok általánosítása rudkötegekre, fűtőelem csatorna analízissel összekapcsolva, vagy anélkül. A Paksi Atomerőmű Műszaki Tervéből tudjuk, hogy a VVER-U40 reaktornál előbb a Szmolin, majd a Bezrukov féle korrelációt használták. A kötegre átlagolt - reaktor csatorna szintű - számítási eljárás mellett, AZ irodalomban megtalálható a fűtőelem csatorna analízísssl összekapcsolt .-.^mitási eljárás is. Ezt az eljárást Tong és Guarino publikálta [46] ,[A7j Л számítási eljárás lényege az, hogy egyszerű geometria /pl.cső/ felhasz nálásával kapott korrelációt használunk a kritikus hőfluxus számítására és a számításokhoz szükséges adatokat fűtőelem csatorna szintű programmal ha tározzuk meg. Tong ehhez a W-3 korrelációt és a THINC-II programot hasz nálta, mi a Becker korrelációt í&íj és a COBRA-II/KFKI programot, mint ahogy ezt a későbbiekben látni fogjuk.
3
7. Л Kritikus hófluxus meghatározása stacionárius állapotban Abból a célból, nogy a W E R tipus termohidraulikai jellemzőinek számítá sára létrehozott számitógépes programrendszerben a legalkalmasabb korre lációkat használhassuk fel, kiterjedt kutatási programot indítottunk. Y.tmt к első lépéseként az irodalomban széleskörilen használt 6sszef{tggés 100 kp/om , amelybe a nyomottvizes reakto2 rok jelenlegi 120-160 kp/cm nyomások közötti adatait soroljuk. A helyzet felmérését a továbbiakban ezen felosztás alapján végeztflk. Л forraló reaktorokkal kapcsolatos - az 1. Táblázatban felsorólt - köte gekre vonatkozó kísérleti adatok vizsgálatát Ouarinó és társai [b] vé gezték el. A szerzők az 1. Táblázat szerinti mérőszakaszokra vonatkozó M l axiálisan egyenletes és 123 axiálisan változó hőterhelésU kísérleti adatot dolgoztak fel. Az értékelés Barnett [l ?] , Macbeth [l 3], Recker [l 'i] / í'\'M [l ] '•?, л Marine]ii [l >) korrelációkkal i.örtcnt. A szerzők 28 esetet választottak И ós fűtőelem csatorna arnl i;-..ir;t. végeztek. Arra kerestek váI i /i , (юру а lokális paraméterekre alapozott számítási eljárással javul-e i s.:.'imi tá.s"k. pontossága. A számitások és mérések közötti legnagyobb elté"••• •'••• •!''' ítlaj'.ns tn'íw.pli-, hiba a 7. Táblázatban látható. r
ч -
t: i:
i:
4»
r-i ,-t p *J •о ад
rl 4-> XI rl
r-t r-l
с в' r>,
r. i: dl IB
>> >,
ЬО Ы) да f'l til
in Ф
»' 11
r>
ni
>,
(Л I.I
СП
m
fl> Р Ф
»' 11 ^tJ
11 .1 It 41 .ъ Ml l
. 1 i:
(0
in с X tu nt m r>
>i
rH r t "11 С. "TJ 01 - Н • > . Т ) Т»
>\ ьл
ы> w
»Л гв и) i.i (»: ос
ы
r l О"» rt
Si
г'
I Г"
_f m
in , (
iГ
.4 , | rr, f
О
О
Г
Г"
^
(Г- t
Г ni
т. 1 1
• . 1
•i 1 ) t ' 1
1
1
i > 111
'1.' . I Ч > V í. • О "11 I
»-' f! ' П p I., -m
(f i ' •(fí~I
i^ Г 1 I 1
П CTi f O Г i Г J СП f t )
,-f en о
О
СП г о Ol
ií)in
' | О О I I I
< > О fJ О О 1 1 1 1 1 on r-l r- c-t at
Г Й Г-
'r,
tj,
^-
rí
J
о сч о
СЛ О О О
to r-l r l 1 IO
го | i n (D T J г j 1 1 Cl fr
»/I i n t o Г Г- Г-
»n t • m
Г»! ( O i n
in i n in n et гм
T i (О Ш H (I) Ts» Г 1 ( 4 Г>* Гч)
r-i г 1 r f . 1 . 1 1 1 < I lt> " ' If.
ГМ Г
|
С
1
(- . 1 г 1 1 1 < 1 ( 1 ' 1 1
• 1
t
1 .
t
.1.1
. 1 г 1
< J
-t
пп
U.l t
fJ in . 1
• 1
Г.)
Г-
t t
1 "I
fi)
<".» О О 1 1 1
О 1
о о ' >
•••> 'О . \ i'j
1n
ftp О ti) If) f í i i
1 1
1" 1 -t f 1 -I J f*> Г-) ' О Г"
г t
[
Г
1
Г
t
[ ^
t :t
С 1 f'l СП ГП
,1.1
1.1
с
1.1 1 '1
С1
m 1-
r l r l r l r l i n 1 1 1 1 О J : í Ol m r-l
rf
t
t
r-l . t
, 1 , 1 r| r l
rl
ÍT) • >> m
оо о
ro rn m ro a'
о о п
f i (-1 r í о г • m m r f г о гл , 1 , 1 . 1 , 1 , 1
fo
т>
f J ' 1 Г 1 П Г. ' Л (Г) (Т) -T) . t r-l ' 1 г f
X
">
[.)
m
X X « У.
г о i 'i ( Л ' 4
1.1
f»l
.4
1Л 1 Л 1П
rl rl
,1
d
rr,
ГП
X X X
Г«) ГО
fH
.1
t
í
LO
г t , 1 . t . t r *
fi
У. У.
г
r-l г.. , 1 ,-" , t
r t f-J г t
..)
У, У.
г*-|
1 :r
t
t
t 1
<
T? .,"t.
f _f
x x x x x
l-l
#•—1
1
.^
** <•;>
О
.1.1 .1.1 .1.1
1.1
(TI r i l í l ( P Г 1 Г Л П Г 1
О
(
г П
СО
О
1
J
r-t . 1
о о*> г^ гч О f i
1
1 '
f i
С » ( ) r •) П rr> r l r Í r | ,4 r 1
1 .
:< X
ti rtl Oí
О
1 '
I г 1
>> M) IJI
I m <J ' 1
"i is
о n rr:
ГО О
ч> 1П -rt r-t »11 -rl
* 1 ' }
1 .
t m
if> ( О СП Г J
tji •' (1) rt Г. 41
in in ' 1 , 1 . I
1 i
lii
1
in
1Л
»•им
г 1 Í* ф
ЬО (1) t:
, i
t
s -
2. Táblázat Korreláció
Barnett Macbeth beeker CISE Marinelli
Legnagyobb eltérés \ -<»5,9 -<»0,0 -27,; -30,0 -29,7
+32,1 +49,2 »39,0 »28,1 *28,1
Átlagos négyzetes hiba \ 9,fi6 12,48 7.67 7,9 8,1
A Táblázat adataiból is látszik ér, a szerzők is arra a következésre jutottak, hogy a fűtőelem csatorna analiziss"»l összekapcsolt izámitási e-H-írás Is. Táblázat utolsó kél sóval alkalmazásával a ;ámitáSOK por.tob:>ága nam javult. Hozzátehetjük, hogy 28 mérési, adat feldolgozásával nye~t számitási eredményből akkor ser. lehetne íItalánositani , ha a hibák szignifikánpar. kisebbek lennének. A nyomottvizcs reaktorok paraméter tartományában a Kestinghouee cég által axiálisan egyenletes hőterhelésil kötegeken végzete mérések ér tékelését Tong közölte [.s] . Az adatok feldolgozása a THINC-II kód segítségéve], fűtőelem csatorna számitással és a W-3 korreláció al kalmazásával történt. Az eredmény a ."tért és számított értékek »23%-os eltérése volt. A fenti számitási Tiódszerrel ellenőrizték a Babock-Wilcox /továbbiakban B. W./ cé>* axiálisan egyenletes hőterhelésil kötegének mé rési adatait is ÍL7J . Eiedtjiényfil a mérések és számitások *23t-os el térését kapták. A B. W. cé* saját kísérleti eredményeire alapozva ki fejlesztett og/ íjnálij korrelációt is. Ennek alapjául з Macbeth által javasolt összefüggés pro.lgalt Jl ч] . Az eredmény a mérések és számí tások +20%>ós eltérése. A rövid irocialmi áttekintésből'is látható, hogy továbní számitásokra van izükség ahhoz, hogy választ xapvank a következő kérdésekre: - Javulnak-e a rendszerparaméterekre alapozott korrelációkból kapott számítási eredmények, ha a számításoknál más szerzők által ajánlott empirikus összefüggéseket használunk; - Pontosabb számitási eredményeket kapunk-e, ha .fűtőelem cpatorna inalizissel összekapcsolt számítási eljárással , lokális paramé terekre alapozott korrelációkat használunk.
- 6 .
Л két kérdésre adott válar.zt, illetve a nzámitások és mérér.ek Össze hasonlító analízisének eredményeit i következő, 2.2 ér, 2.3 pontokban foßlal juk fissze. A trar.ziens mérések előzményei a [l''] munkában ta lálhatók.
l . 7 A kritikuv hőfluxus számítása a rendszerparaméterek segítségével Л számítások céljaira egyrészt nz 1. Táblázatban összefoglalt kötegek re vonatkozó kísérleti adatokat használtuk fel. Ezek az adatok a [*>] » í'l » N . Ь\ [li? » és fll] munkákban találhatók. Az adatok, mint л Táblázatból látható, 70 kp/cm nyomásra vonatkoznak, tehát a forraló tipusu reaktorokra jsllemzóek. Л nyomottvizes renktorok paraméter tartományára vonatkozó kísérleti adatokat a [20] , [/$ ér, {??] munkákból vettük. Л f.zámitásokhoz a Szovjetunióban kifejlesztett - a vizsgálat idején legismertebb és legelfogadottabb - korrelációkat választottuk ki, amelyek Szn-.olin (?3j , Miropolszkij [?'<] én Oszmacskin [25] nevéhez fűződik. A nacyüiHnnyinégU adat feldolgozásához a BURN-I jelű számitógépes programot f''fj használtuk. A forraló tipuau reaktorok paraméter tartományába eső számitások és mé rér.ek ösczeharonlitó analízisének eredményei az 1, 2, 3. ábrán láthatók J|(J A legnagyobb ultérés %-ban: Szmolin korrelációnál -35,8, *36,4; Miropolszkij korrelációnál -3?,2, +45,5; Oszmacskin korrelációnál -40,0, • 28,5. П/.eket az értékeket összehasonlítva a 2.Táblázat adataival megállapít' hatjuk, hogy a három szovjet korreláció lényegében ugyanazon hibával re produkál ja a kísérleti adatokat. A pontok többsége az irodalomban elfo gadottnak tekintett • 20%-CCÍ eltérésen belül van. A nyomottvizes reaktorok paraméter tartományában a számításokhoz két kí sérlet rorozat eredményeit használtuk fel. Az egyik kísérletsorozatot a B. W. centié] hajtották végre [20] , axiálisan és radiálisán állandó hő forrás eloszlású 9-rudkÓt.eg mérőszakaszon. A másik kísérletet a FIAT cég végezte az EURATOM számává [?l] , [22J axiálisan és radiálisán állandó hó forráseloszlásu 16-rudköteg mérőszakaszon. A számításokhoz az Oszmacskin korrelációt haszn.lltuk. A számitások és mérések összehasonlítása a 4, ér. b. ábrán látható. A legnagyobb eltérés %-ban: a ti. W. adatok esetében -40,0, +28,0; а Г1АТ adatokra +36,4; -29,4. A kb. 700 mérési ponttal vég zett számítások eredményéből látható, ho^y a rendszerparaméterekre alapo zott korrelációk alk.ilnvizásával a számitások pontossága nem növelhető.
- 7 -
1. ábra Számitások és mérések összehasonlítása a Szmolin korreláció és az 1.Táblázat ada tainak felhasználásával.
- 8
V
tt
*
»
tí
U
40
2. ábra Számitások és mérések összehasonlítása a Miropolszkij korreláció és az 1.Táblázat adatainak felhasználásával.
9 -
ол
од о,» ф
i^ ^ 1«
V
3*
W W 1
Ч^г, 10* WMI»
3. ábra Számitások és mérések összehasonlítása az Oszmacskin korreláció és az 1.Táblázat ada tainak felhasználásával.
- 10 -
Q5
'4. ábra Számitások és тегезек összehasonlítása az Oszmacskin korreláció és a B. W. kisérleti adatok felhasználásával.
Q6
0,7
- 11
5. ábra Számitások és mérések összehasonlítása az Oszmacskin korreláció és a FIAT kísérleti aaetok felhasználásával.
- 1?
? . 3 A Kritikus hófluxus számítása i_ lokális paraméterek segítségével Л forrásos krízis Kvalitatív tárgyalásából kitűnt, hogy a krizis fellépcsét és így a kritikus hőfluxu;. értékét, elsősorban a krizis fellépési he lyén kialakult viszonyok határozzák meg. Annak oka, hogy a számítási gya korlatban elsősorban a rendszerparaméterekre alapozott korrelációk ter jedtek el, részben kísérleti információk hiányára, részben a lokális pa raméterek számítással történő meghatározásának nehézségeire utal. A rudkötegcken végzett kísérletek egy részénél az az inforwáció is hiányzik, hogy a krizis melyik rúdon és ennek megfelelően melyik fO*őelem csator nában 1 .ott fel. Л lokális paraméterek, mint pl. a tömegfluxus és góztartalom, kisírleti meghatározására pedig - a szerző ismeretei szerint - napjainkig még nem került sor. Ezeket az adatokat tehát fűtőelem csatorna szintű számi tógé pes program segítségével kell, il]. lehet meghatározni. A problémát az jelenti, hogy а fűtőelem csatornák között lejátszódó keresztirányú tö meg- és hőcserére vonatkozó információk bizonytalanok, ezért я számított lokális adatck is bizonytalanok. A szerző mégis ugy gondolja, hogy a lo kális paraméterek felhasználásával elvégzett számítási eredményeknek pon tosabbaknak Kell lenniők, mint a rendszerparaméterekre alapozott korre lációkból kapott számitások eredményei, mert a reális viszonyokhoz ez í 1 1 köze)ebb . Гппек bizonyításához a Következőkre vati szükség: i i :<\k" t.fjyik«'!! végzett megbízható kísérleti adatok, amelyeknél ismert a forrásos krizis fellépési helye is; ftltőelem csatorna szintű számításokra alkalmas számitógépes program, amelynek segítségével a lokális adatokat kiszámíthatjuk; olyan kritikus hőfluxus korreláció, amelyet fűtőelem csatorna számitásokra /sarok-, oldal- és normál csatorna/ lehet használni. A/, ilyen számításokra alkalmas Kísérleti adatokként a B. W. és a FIAT cég adatait választottuk. Fűtőelem c c >rna szintű számításokhoz rendel kezéére állt a C0BRA-I1/KFKI program |.o] . A kritikus hófluxus számítá sára pedig fteokernek nagy nyomásokra - cső mérőszakaszon kapott kíséri' li ujatokra - kifejlesztett korrelációját használtuk {'ÍRJ . 1
-
К/ .1 г щ г е I íi \..
13 -
,i l ' i v ' l } •
1P2
40^» 156 6**" ,ili..|
(^
A,'. a j i n t " ' I
- И-itiku:,
hóHnxiis
G
• I ' n i ' g f 1 uxtis
«íJHm
- l'-l' p<''!-. i a l i h i i t é s
L
- a
d
-
P
-
^HJ»
~ Vr'tilu:;
/•p/m
мм:/
;
/к,J/kp/
:
lu< T'ósZnkasz (ic-f s z a
/mm/
i m>'">rószakas;. á t m é r ő j e 'l.'l'ltli
p . H ' i m " t »'Г
liyciR|'í.'<
/I'll/
T/cmis
/hat'/
tartcniány:
l?0-/00/har/
ti" 1 é p é : , i a I ál.íit é..
Я-->72 / i : ° /
mé г•<"!;7. а У а:;.'. tu"«!: s
7 000-Г. 0 0 0 /mm/
I '"im»'gf I u x u s
C./p/-7OO0
k r f t f 1- i i s
0-0,fi
p/V. I - i r t a Inm
>'py r é s z e
e I I е ц . ' г i zti'll-
[' l]
i>: rj j /in 1 о 1.1. p a r a m é t e r
első
és mérések
a
programmal
lílt.'if.t
ié ben
leirt
vezetett. igazolja
kísérleti
kiszámítottuk
epyenéi't.ékíi módszerrel
A •lf/l-o:: azt
t í r tnmányoti k i v d l
c s ő тегоь/.аЬ a s z ó n , hogy a
ecik,
adatokat a
30 mért.
a pontok
ö s s z e h i s o n I i t á s a a fi. á b r á n
I l u x u s t h " l ye t t " . ; i t e t t fik a z / I / lentiekben
. Annik e l l e n é n ; ,
l é p é s é h e z a B . W. c é p a x i á l i s a n
>'1( >.';/, Iá.-.ii r u d k ö t o p é n k a p o t t i'uHRA-II /KÍ'Ki
/kg/kp/
r
>»-/ > /mm/'
A s z imi t ,'\r.n\
Л :, zárni t a n u k
/kR/m':;"*:/
10 mrn b e l s ő 4 ' m«'i ő j ü >',; '1S 00 mm h o s r z u
m/résekkel
.-it m é r ő t
/mm/
nyomás
Л ki >гг" I .'и- i '''I ,
«4 0 * .
/i,
/W/cm'/
i sóálm/f"
-Г),it
54
f.-" !
r;zorása
látható.
egyenlete:;
használtuk
pont
fel
hóíorrásugy,
hogy a
l o k á l i r, t o m e p f | u x u s t . I/zt
a
e p y e n l e the . A k ö r r e l ác i óban s z e r e p l ő
átmérővel törléru"
b e l ye t ter» i t e 11 ilk . A m é r é s e k n e k
értékelése
legnagyobb e l t é r e ; ; igen
a várakozásunkat,
a 7.
ábrán
látható
jó eredménynek
hogy ez a s z á m i t á r
eljárás
tömegcső~ a
eredmény
számit jobb
és
egy
ered
ményhez v e z e t .
A.-. / 1 / k o r r e l á c i ó a b"1épésí
aznnhan
n- rn c s a k
lokális
aláhíll.é.-, rerirtsz>"T'p i r a m é t e r .
paramétereké t t a r t a l m a z ,
Л korrelációt
ezért
hiszen
m6dosit.ott.uk
ugv,
НУ
•00-
•c
i
M-
ö. ábra Az NVH berendezésen kapott mérési eredmények és a Becker korrelációból számitot" adatok összehasonlitása.
- 15 -
«Htm ^ Л У Л » » ' 2
'•'.
ábra
A Becker korrelációval számított adatok össze hasonlítása a B. W. kísérleti eredményekkel, a lokális tömegfluxus felhasználásával.
- 16 -
hogy
abban a belépési aláhiltés helyett a lokális gőztartalom szerepeljen.
Rendezés után az egyenlet a következő alakot veszi fel:
Gfr50-rx)[v)2-(fc-q5^|
4о4{1-[1Р2-(^-054|,56.О^» A lokális paraméterekre való áttérés másik következménye az volt, hogy a COBRA-II/KFKI programot módosítottuk ugy, hogy az összetartozó q » x érté KR
keket, a hőegyensúlyt figyelembe véve, i/fteráciőval határoztuk meg. A mérési adatok a B. W. cég axiálisan egyenletes hőforráseloszlásu mérőszakaszán kapott adatok. A számításokat 77 mérési pontra végeztük el. A számitások és mérések összehasonlítása a 8. ábrán látható. Az adatok szórása tovább csökkent, azonban gyakorlatilag az összes pont a 0 és 20% közötti in tervallumba esik. A számításokat a B. W. cég axiálisan nem egyenletes hőterhelésü kötegén végzett mérések [27] adataival tovább folytattuk. A 82 mért pontra elvégzett számitások eredménye з 9. ábrán látható. A pontok szórása és a tendencia is lényegében azonos az előzővel. További számítá sokhoz a FIAT cég mérési adataiból 44 mért pontot -'álasztottunk ki. A 10. áb rán látható eredmény ugyancsak megegyezik az előzőekkel. A 203 pontra elvégzett számitások eredményei, valamennyi pont pozitív irá nyú eltérése, a korreláció módosítását sugallta. A módosítás szükséges mér tékét a COBRA-II/KFKI program
több futtatása alapján határoztuk meg, fel
használva a 8. ábrán feltüntetett B. W. adatokat. A számitások és mérések összehasonlítása a 11. ábrán látható. A pontok szó rása ^10t-on belül van, az átlagos négyzetes hiba /korrigált szórás/ 0,068. A számított és mért kritikus hőfluxus viszony átlaga, 77 mérési pontra, f г 0,999. Az átlagos négyzetes hibát a következő összefüggésből számítottuk:
6-í^F^ ahol
*4S>,
17 -
8. ábra A Becker korrelációval számított adatok összehasonlítása B. W. kísérleti eredményekkel /axiálisan egyenletes hőterhelés/, a lokális tömegfluxus és a lokális gőztartalom fel használásával .
- 18 -
2
%r.uim ****** » 9. ábra A Becker korrelációval számított adatok összehasonlítása В. W. kísérleti eredményekkel /axiálisan nem egyenletes hóterhelés/, a lokális tömegfluxus és a lokális gőz tarta lom felhasználásával.
19 -
о р г 158 at о v р= 144 ata • р= 132 ata 44 mért pont
03
0Л
0,5
0,6
Q7
0,8
Q9
10. ábra A Becker korrelációval számított adatok összehasonlítása FIAT kísérleti eredményekkel, a lokális tömegfluxus és a lokális gőztartalom felhasználásával.
- 20 -
Q2
0,3
0,4
0,5
0.6
07 018 «tegm^Btu/ft * 2
11. ábra A módosított Becker korrelációval számított adatok összeha sonlítása B. W. kísérleti eredményekkel /axiálisan egyenle tes htfterhelés/, a lokális tömegfluxus és a lokális gőztartalor.i felhasználásával.
- 21 т
Л módosított Becker korreláció, amelyet fűtőelem köteg számításokra ajánlunk, fűtőelem csatorna analízissel összekapcsolt számítási eljárással, a követ kező:
Gw(tóO-r«g> W
^0£(1-[P2-(E--Q5<; •132 G U "
/3/
Л /3/ egyenletben a dimenziók azonosak az eredeti Becker korrelációban szeKR. gőztartalon a forráreplő mértékegységekkel. A G . . tömegfluxus és az x. oor, krizis helyén fellépő lokális értékek. Л d, értéke a fűtőelem csatorna fűtött egyenértékű átmérője. A módosított •HJandó értéke: 13?, az eredeti 1S6 helyett • A számitások eredményeiből levonható az a következtetés, hogy a nyomottvi zes reaktorok paraméter tartományában a lokális paraméterekre alapozott korrelációk - fűtőelem csatorna analízissel összekapcsolt számítási eljá rással - lényegesen kisebb hibával reprodukálják a kísérleti adatokat.
3. A ktitikus höflüxus meghatározásának néhány problémája a teljesít mény tanziensek esetán 3.1 A téma helyzete A fonáson krízis vizsgálatára, tranziens körülmények között^ lényegesen kevesebb információ áll rendelkezésre, mint stacionárius üzemállapot ese tében. A reaktor üzemzavara esetén felléphetnek: teljesítmény-, áramlási és nyomás tranzier.sek, ill. ezek kombinációja, mint pl. a r.zi va t tyúk i esé sen üzemzavari ál I ai'ut nál , amikor .) hüt nVnz^.g forgalom csökkenése mellett, a teljesítmény és a nyomás is változik. A kutat isi stratégia azonban itt is olyan, hogy Ö különböző tranzienseket szétválasztva, a folyamatokat "tiszta" körülmények között vizsgálják. A dolgozat keretében csak a tel jesítmény tranziensekkel foglalkozunk, ezért a téma helyzetének felvá zolását is erre az esetre korlátozzuk. Az elmúlt két évtizedben lefolytatott vizsgálatokat három csoportra le het osztani. Az alsó csoportba a tiagy térfogatban történő forrás /"pool boiling"/ ese tén végzett kísérletek tartoznak, amelyeknél sem a mérőszakaszok, sem az egyéb kísérleti körülmények nem modellezik a reaktor geometriai, hőfizikai és hidrodinamikai jellemzőit. A fő célkitűzés a folyamat sajátosságai nak, fizikai tartalmának, méréstechnikai problémáinak megismerése. A fontosabb eredmények a [?fi] , [2^ , [3(\ , (з l] , [32] , [зз] munkákban találhatók. A munkák a dolgozat szempontjából kevésbé érdekesek, ezért azokkal nem foglalkozunk. A második csoportba azok a munkák sorolhatók, amelyeknél a kísérleti kö rülmények az előzó esethez hasonlóak, de a hűtés, kényszeráramlásos. Ezek nek a munkáknak kritikai értékelése а [Э»] és [3S] irodalomban található. Redfield, а [ЗБ] adatokat felhasználva, a következő összefüggést ajánlotta a kritikus tiőfluxus számítására teljesítmény tranziensek esetén: 1
q
T R
KR ahol
4
S T
* q KR
3
x exp /4,2Ьх1СГ /17
/4/
TR KR
a krítíkur- höflüxus tranziens állapotban;
ер
'}'' - a k r i t i k u s liőfJuxuG s t a c i o n e r KR f - a
állapotban;
tranziens kezdetétől a forrácos k r í z i s eltelt
idOfceO
beállásáig
- ->3 -
Ezt az egyenletet ajánlja Tong [l] és idézi Hein és Mayinger [зт] . Az egyenlet alkalmaznatőságát azonban a szerzők nem diszkutálják, de felhivják a figyelmet arra, hogy osak nagyon gyors tranzienseknél alkalmazható. A harmadik csoportba azok a munkák sorolhatók, amelyek a reaktor-körülmé nyeket geometriában és a hűtőközeg paraméterekben is többé-kevésbé jól modellezik. Tong [38] elsők között publikálta a CVTR reaktor fűtőelem kö tegén végzett kisérletek eredményeit. A teljesítménynövelés azonban - amelv lineáris függvény szerii.t történt - lassú /olt /3 és 13 sec között változr.tt/ és emiatt a tranziens és stacionárius krizis értékek egybeestek, igy tranziens effektust nem sikerült kikutatni. Részletes vizsgálatokat vég zett Moxon és Edward:; fa íj akik teljesítmény tranziens méréseket végeztek cső mérőszakaszokon, viz hűtőközeggel, 1000 psia /л»70 bar/ nyomáson. Az elektromos teljesítményt "ugrás-függvény" szerint változtatták ugy, hogy a krízisig eltelt időintervallum 0,5-4,0 :-ec közé esett. f
Megvizsgálták a csőre adott elektromos teljesítmény és a folyadéknak át adott teljesítmény viszonyát, az alkalmazott mérőátalakitók - elsősorban a termoelemek - időállandóit. A feldolgozás kvázi-stacionárius kezelésmód dal történt. A bemutatott példán azonban a kritikus állapot elérésekor mért elektromos teljesítményt ábrázolták az idő függvényében, amely nem a krízist meghatározó adat. A mért és a SLIP kóddal számított adatok kö zötti eltérés jelentős volt. /Kvázi-stacionárius kezelésmód alatt azt értjük, amikor megfelelő számi tógépes programmal kiszámítjuk a krízist meghatározó paramétereket, adott időpillanatban és a krizis fellépésének helyén, majd ezekből a lokális adatokból, stacionárius krizis korreláció val számítjuk ki a tranziens kritikus hőfluxus értékét./ Jelentősnek tekinthető az a vizsgálat, amelyet a M.A.N. cégnél hajtottak végre részi•••n viz, nagyobb részt azonban freon-12 hűtőközeggel. A Hein és Mayinger által publikált munka azonban csak része az egész kiserletsorozatnak és döntően a mérőszakasz geometriájának a folyamatra gyakorolt hatását tárgyalja. A közlés szerint az eredmények feldolgozása itt is kvázistacionárius kezelésmóddal történt. A témakör kritikai összefoglalását Hassid f*o] munkája adja, amelyet a (REST /Committe for Reactor Safety and Technology/ felkérésére irt. Л CIRENE reaktor /olasz/ fejlesztéséhez Gaspari és mások (4lJ vizzel hű tött mérőszakaszon 70 bar nyomásig végeztek méréseket. Az adatfeldolgozás a TILT programmal a CISE-3 jelű - stacionárius esetre kidolgozott - kritikus hőfluxiij korrelációval történt [42]
- 2U -
A korántsem teljes irodalmi áttekintésből is látható, hogy a teljesitm.'-ny traiziensek vizsgálatában további elméleti- és kisérleti munkára Vc
Л kv í.-.i'-sta'-'ionái ins kezelésmód alkalmazhatósága a W E R ']•• Nemző paraméter tartományban.
típusra
i.7 Kiserletek 1-rud mérőszakaszon, axiálisan állandó hőforrás el oszlással Л kíséri eteket a 1 ,' . ábrán lát ti t/. 1-rud m>' rőnzab aszón végeztük. A kísérletnél használt méróérzékelőket, mérőláncokat és a számítógépes alatgyüj test a [ ' i H] munkában ismertettük. Л mérőszakasz íől.-t> adatai: a cső /l-rud/ fűtött tiossza ?Mn> mm; bel ső átmérője 10 mm; falvastagsága 2 mm; anyaga KO-36 jelű acél. Л viz kb 2^,uS minőségű volt. A mérőszakasz fűtő ,ápegységeként az egyik tirisztoros egyenirányitót használtuk abból a célból, hogy gyors teljesítmény ugrásokat hoz!ássunk létre [цп] . A 13. ábrán látható, hogy az ugrás 80 msec alatt lezajlott. A fűtött fal hőmérsékletének mérésére 3-poritos, üvegszál szigetelésű és 0,8 mm átmérőjű kőpenytipusu termoelemeket hasz náltunk. Л forgalommérés alapmüszere turbinás áramlásmérő volt, de kont roll céljáról a ]?. ábrán jelölt 1Г)00 mm hosszúságú csőszakasz nyomás esését is felhasználtuk a forgalom meghatározására. Erre a célra SE tí pusú /angol gyártmány/ gyors nyomás-átalaki tót használtunk. A híltőkcízeg kilépő forgalmának mérésére ugyancsak turbinás áramlásmérőt használtunk, míg a rendszer nyomás mérésére C E . C . gyártmányú gyors nyomásérzékelőt. A mérési adatok a TPAi kisszámitógépre alapozott adatgyűjtő rendszerre kerültek. Az 1-rud modell előnye, hogy "tisztán" vizsgálatitok a fűtőelem csator nában lejátszódó, a teljesítmény ugrást kfivető folyamatok. Az ismertetett műszerezés és adatgyűjtés segítségével nyorr.onkövethető, a stacionárius
- 25 -
JL О -*-1000 Hi
obusztikus érzékelő \ с ,-JL—
/*~N Ч1У
***T°°1
Turbines óromlösmérö
gyors nyomós érzékeli* 0-20 mV
CEC gyártmány
• termoelemek korrelációs sebesség mérésre
3— szcintillációs érzékelő #0.8 köpenytermoelem -üvegszil szigetelésű t.e. 3 pontos i^p —(• termoelem
-о о
^>t <ЕЭ-
•I *
о
я IM
ф
:; /^
|
zust forrasz
ii /,
#0.8 köpeny te.
híd kivezetés
8
3pohtos te
^=m^ csHIam üvegszál szkj.t.e.
^
s
T
0r2
Bt
Pneu szelep
t t r m o e
i
e m # k
korr seb mérésre 1500 'NI
кг
'NI
-f у у у IP* mm 0 - » 0*1000 Hz turbinás óromlösmérö
12. ábra l-rud mérőszakasz
- 26 -
kritikus teljesítmény értékét túlhaladó teljesítmény felfutás esetén, a forrásos krízis időbeli kialakulása. A kísérletek során a kö-étkező mérési algoritmust követtük: kiindulási álla potnak a meghatározott rendszerparaméterek /nyomás, belépési hőmérséklet, forgalom/ és q hőfluxusnak megfelelő stacionárius állapotot vettük. A rend szerparaméterek a következők voltak: nyomás 125 +2 bar; tömegfluxus 2700 •100 kg/m sec; belépő hőmérséklet 270 +2 C°. A későbbi összehasonlítás cél jából kísérletileg meghatároztuk a fenti rendszerparaméterek mellett a sta cionárius kritikus teljesitmé: •' értékét. Ez az érték 125 +2 kW volt. A mé rőszakasz hővesztesége - a mérési hibákon belül - elhanyagolható volt. A mérőérzékelőket, a mérések kezdete előtt hitelesítettük, ill. ellenőriztük. A stacionárius állapotból kiindulva egy adott T =0 időpontban az elektro mos teljesítmény megközelítően "ugrás-függvény" г érinti felfutással a kezdeti teljesítmény r.zintről valamely, a stacionárius kritikus teljesít mény értéknél nagyobb értékre növeltük. A mérőérzékelők jeleit az adatgyűjtő ~«?ridszer rögzítette. 3 . 3 Mérési eredmények A mérési adatok gyűjtése, a TPAi adatgyűjtő rendszerén, on-líne üzemmód ban történt. A forrásos krízisre jellemző adatok közül a kisszámitőgéppel gyűjtött, majd a HP 9100/B jelű rerdszei °n kirajzoltatott adatok közül láthatunk példát a 13. ábrán, ahol a be- és kilépő hűtőközeg forgalom a mérőszakaszra adott feszültség és falhőmérséklet van feltüntetve. Az ábra egyszerű kvalitatív elemzése alapján a következő megállapításokat te hetjük: a tranziens kezdeti időpillanata az A jelű pont. Látható, hogy a hűtőközeg forgalom a belépésnél, a mérőszakasz előtt alkalmazott fojtás /szénszürő + szelep/ ellenére kis mértékben csökkent. Jelentősen megnőtt a forgalom a kilépő keresztmetszetben a gőzfázis megjelenése miatt. A forrásos krizis detektálása a falhőmérséklet mérésével, illetve a hőmér séklet változás sebessége alapján történt. A 13. ábra "falhőmérséklet" görbéjén egymástól jól elkülöníthető hőmérséklet növekedési sebességgel rendelkező szakaszokat figyelhetünk meg. A z Q jelű egyenes az egyfá zisú konvektiv hőcsere mechanizmusra utal. A © és © jelű egyenesen a hőcsere mechanizmusának megváltozása tükröződik a forrás különböző típu sainak kialakulását mutatja. A © j e l ű egyenesen, a "KR" ponttól kezdve a forrásos krizis fellépése utáni hőmérsékletek láthatók. A lu. ábrán a mérőszakaszra adott elektromos teljesítmény értékek és a hozzájuk tartozó mért kritikus idők láthatók, két méréssorozat esetében.
- 27 -
м А/4) 4000
Э000 NÚTOHÓZE« KMWAIOM A RILÉPÉSNCL
2000 «Ь.
И
HÚTÓKÖZEO
POMAIOM
A KLÉPCSNCL
tooot• 00
• • • • » • •
13. ábra Paraméterek változása az idő függvényében.
- 78
Vhr W/cm
2
• •
t
900
•00
•
*t«..«w«5iT
A
4^,t 0
•
700 • • A »00
•
•
4
500
A •
400
A A4 •
300
A*A
t
* * •
300
A A
•
%
A
% A
Slacionófiui irtik
WO KHntfulisi trtck
t
ofi
w
tSh-»
14 . ábra Az elektromos teljesítmény a mért kritíkur. idő függvényében.
- 29 -
Az egyik sorozatnál a kiindulási /stacionárius/ teljesitmény zérus volt /q , - 0 / . a másiknál a hőfluxus a stacionárius kritikus h<5fluxus érté kel ,o * kének 20t-a. A két különböző teljesitményszintról indító l kisérletsorozattal az volt a célunk, hogy megállapítsuk a kiindulási teljesitmény hatását. Látható, hogy a zérus teljesitményszintről indított mérések eredményei konzekvensen a másik sorozat adatai fölé esnek. Biztonsági szempontból tehát az utóbbi érdekesebb ezért az adatfeldolgozás során csak ei-zel, vagyis a stacionárius kritikus teljesitmény érték kb 20%-ról indított mérésekkel foglalkozunk. Amint azt a 14. ábrán láthatjuk a tranziensek rendkívül gyors lefutasuak voltak. A kiindulási teljesitmény 7-30 szoros értékét adtuk a mérőszakasz ra és a krízis kialakulása 0,3-1,1 sec alatt megtörtént. Az ilyen gyors folyamatokban mért elektromos teljesítmény nem azonos a hűtőközegbe jutó teljesítménnyel. Lzért meg kell határozni az elektromos teljesitmény változás alapján számítással /a kísérleti adatokat felhasználva/ a folyadék kal közölt teljesitmény időbeli változását. Korrekcióra szorul a"feszültség"görbe /13. ábra/ A pontjától mért, a krízis beállásáig eltelt idő T y, is. A mérések során a cső külső falának hőmérsékletét rögzítettük. A krízis fellépésének pillanatában, a hőátadási tényező leromlása miatt, nőni kezd a csőfal belső felületé:.ek hőmérséklete. Ez a krízis fellépé sének detektálásához szükséges jellemző adat. Meg kell határoznunk te hát, hogy milyen késéssel jelentkezik a külső falon a belső fal hőmérsék letének megváltozása, valamint azt, hogy a mérésekben használt termoelem ezt a jelet milyen késéssel követi. így a fenti késések miatt a meri időt egy meghatározott AT idővel korrigálni kell. Az ilyen módon kapott adatok reálisan jellemzik a tranziens folyamatot. J.'i A folyadéknak átadott hőmennyiség számítása A rúdba táplált hőmennyiség egy része - a csőfal hőkapacitása miatt - a falban akkumulálódik. Az akkumulált hő mennyisége a rud hossza mentén és időben ír. váltor.ik, mivel a hűtőközeg hőmérséklete is és a hőátadási té nyező is a hossz mentén és az időben is változik. Mindezek figyelembe vételévl dolgoztuk ki - ésszerű egyszerűsítések mellett - a számítási el járást. Л fulyadékba jutó hófluxus időbeli változásának számítására a BIOT progt.mint ti.'] használtuk fel, a következő közelítő feltevésekkel: Л rióátadási tényező nem változik az időben. A közelítés akkor jobb, ha a Hindulási teliesitmény közel van ahhoz az értékhez, amelynél már a
- in -
folyamat kezdetén forrás van. Amikor a kiindulási állapotban a hűtőközeg kilépő hőmérséklete a telítési hőmérséklet alatt van, akkor a hőátadási té nyező itlagos érték«; jelentősen változik. A folyadék hőmérséklete állandó. Ez а közelítés szintén akkor jobb, ha az adott axiális helyen a viz hőmérséklete elérte a telítési hőmérsékletet a tranziens folyamat kezdetén. Elegendő egy axiális helyen a falhőmérséklet radiális eloszlását és így a hőfluxust számolni. A faihőmérséklet radiális irányú eloszlására azért van szükség, mert a hőmérsékletet a csőfal külső felületén mértük /12. ábra/, viszont a hófluxus számításához a fal belső - hűtőközeggel érintkező - fe lületének hőmérsékletére van szükségünk. A számításokat a kilépő kereszt metszetre végeztük el, hogy az ott elhelyezett termoelemekről kapott kí sérleti áriatokat felhasználhassuk. Megvizsgáltuk a hűtőközeg hőmérséklet változásának hatását a hőfluxusra. Ennek eredményét - egy mérési pontra - a 15. ábra mutatja. Az állandó hű tőközeg hőmérséklettel száir.olt eredmény a mérőszakasz belépő keresztmetsze tére, mig a változóval számolt, a kilépő keresztmetszetre jellemző. A hőfluxu". hosszmeiiti átlagának pillanatnyi értékei a két görbe közé esnek /pont-vonallal jelölt görbe/. A kiértékelés - a kritikus hőfluxus számítás során-ezt az effektust figyelembe vettük./HOTRAN input/. A hóátadási té nyező számítására egyfázisú áramlás esetén Colburn, kétfázisú áramlásban J^ns-Lottf s összefüggését hasir.áltuk. A 16. ábrán a krízishez tartozó elektromos, q . ,._ és a folyadékba jutó, ex ,M\ q, p összetartozó értékeit tüntettük fel a mérési pontokra, a fent leír taknak megfelelően. Az ábrán az is látható, hogy a nagyobb elektromos tel jesítmények esetében a folyadékba jutó teljesítmény értékei jobban eltér nek az elektromos teljesítmény értékektől. K
3 * ^ A forr/sos krízis fellépési idejének meghatározása A 13. ábrán feltüntetett hőmérséklet adatokból nem a forrásos krízisre jellemző értéket /fril-folyadék hóátadási tényező által közvetlenül meg határozott/ kapunk, hanem csak egy az által befolyásolt mennyiséget /rí termoelem melegpont jának hőmérsékletét/, amely /3f iilőVí:! Késik, a jellemző hőmérséklet értékhez viszonyítva. A késési idő a következő össze tevőkből áll: a./ folyadék- belső fal; b./ belső fal- külső fal; c / külső fal- melegpont; d,/ me.'egpont-hómérséklet- digitalizált mérési jel.
-
31
ам .«(W/o.*)
МтЛк hMkiM« hSn»4r»ÍMtt
ПО -
но » НОТЯАМ Inpwl
/
/
/
ио
/у
140
юо
/V
•0
sí
"У •
1Л
од
Ol
ол
15. ábra A hűtőközeg hőmérséklet változásának hatása a h ő f l u x u s r a .
i—
04
TW
>
,w
V» *> soo
• • I4>
«0
«0
300
400
MO
«00
700
MO
16. ábra A folyadékba jutó teljesítmény az elektromos teljesítmény függvényében.
»00
-
>\/.
!./
ÖS :..'••' t t.' VÖ
t"lli"'pő -
Il'-m l>Vo/. k ' ' l O r t ,
hirtol'-n
3 t
*•
HllJ't
a
m»*j;vá 1 » o z á s á I л f a l
ll6át/»dá:; Í
zisára
10 msee a l . i t t ,
i 17. á b r á n
látható:
../. i mii l.i 1 t Л г./
krizist.
i":;::/.ct
szimu mérési
állapotot
ki. 1 / 1 0 0 - a d r é s z é r "
а к I'I 1;: ő f a l Л d./
"sszet.i:vo ál tal
;
i;i l
iilők:
.-"> • l O u m ' f ,
>'vi''
a máso. l i k n á l
kriliku:;
itán
f "!if !• • H • • z é s r e á l l n a k
a/, a d a t o k a t
tüntettük
a nyers
t"•• I a
14.
Mt >n a .: t -и i o n á r i u:: - ' f t >'k«? t •'./. á b r á n i'"ibél
tílM',v''MVt ittál
által
a Podfi-ld
i l l " s z t e t t >"mk . r i d o r í i l t ,
javasolt
|'Х|ьч1'-П'- iá 1 i s
i I I i k" 1 I " p " -;;• i t e n i " p v Л m' d.i.; i t o t t " p , y " n ] . ' t
számolt
18. ábrán. első
nap,y»-
kill s ő
faJ
Л li-riiBcltm
3-pnntos
lerrnoelem-
11 Г, » Ю г ; " ' '
л::
t • -rmop lernr " .
v i szunyának
f «•• 1 1 e p é s i i d e i é n e k
mérési
í! r-.in.
л
adatok
elemzése
tnephat á m z á s a
k o r f i pá I t é r t é k e i .
t.ithar.ó, (юсу a п к г '
adatok
Hzeket 1,1
see
adják.
t •'I t (int «•( I fii- a l - V d f i e l d
i s , majd m ^ p t a r t v a
л tufiá t^nl.ir. i
Teha I ^ 3 T - ' r ! é k e
- к г i t i К и;; i d ő
Л in l у a i l e k b i 'jut/. U ö t ' u x u s é s a k r í z i s
a
számított:
'».'. M . ' m i n r u .
hőt l u x u s
mephatáro-
k é s é s e 1 hatiyap.o I ha I ó .
he p é i d á t
sz к i 1 epésé t ól
kiiveti.
igazol ja .
9 0 m s e c 1 or;»''.;!;».-1 k ö v e t i
okozott
t ••!•№"" 1 fmri- •'.•; 1 T> t l b r r i s e e a m á s i k
*.'• Л t r a n z i e n s
ГпИ'к
v e t e t t fink ö : . s Z " a HIOT p r o g r a m m á '
a mérős/.al
is
a < J ) a . llnrsek r r . o p l i a ' á r o z á s á r a
bőméi - . . " k l e t i pör bél' k e 1 . Kr-r»* m u t a t u n k 1 •'..<•:;!
nélkül
: . z á i i i t 'is
szimuláltunk:
К f i '.'. .1 SV O f
e s S k k e n t e t. tf!k . Az e i - d m é n y
hőmérséklete
íi'imiK'l"ni k é r é s é t
p,örbét
kapott
a b . / ösr;ze tevő o k o z z a .
,i В10Г p r op.ramma I kr i z i s e s
t.'ny,./.ő
-
I i o b e r s e k l e t <> k é s é s
У..: (••"mnyen be l i t I n t o , do a UIOT p r o p r a m m a l Л (•<';>:'•:: I »'pl é i i y e g o s e b b r é s z é t
tUf/tíZÖ
javasolt
1юру ,i k í s é r i " ! i
függvénnyel
KxT
ö s s z e f íip.pésbő I
ö s s z e f íippést , a k í s é r l e t i
nem l ' d i f t
adatokat
számított adatokra
a Redf t e | ,i
f - p r o d u k á l r, i ,
hanem
táppal .
t^liát:
qjjrqgj [exp(A,25Ю'/Т).K-T*]
••I-!
к =аоэб
Л Hsi'-rli'ti is,
adati.'l
i n t •• t pr-" l á I a s ' i l n z
ani'.'ly я f o r r á ^ o s
Л |!'-^.rim
Им'-/; s к v á z i - s tar: i o n á r i il". 1-fzc If'.'i
:.i-|'ii.:;.'f/"/i'l
- a Iri.-.is
kiszámoltuk, a w't-'szakasz ;
(•• I I i ' p ó s i ti. l-,'/ h - a
(•.•" '.t.ii't a I mat . Л k t ' i t i l ' - s I i ' i 't
[' ',]
t o I bar:zi>a I I tjV rt HOTRAN p r o g r a m o t
- z i m i t ás. a r a
|, -i -; >- r i i I i ui- . Л p r o p r a in szárrá r í
jrlont: '.
k i l i ' p i " k r r e s z t inot r.v.v. t i'in- I
l o k á l i . I.'ímopl 1 u>:us t i's
bői ! uxas
módját
[MJ 1
i s u l y s / o r i tit í
p c d • f, a l'.owr i n p , - l "1 ^
^z'iks.'^or;
кпгп"
bőf 1 n x u s t , rnir.t
iripu»
34
-
Külső folhómérséklet
Betsó falhÖmérséklet
300,
0.1
02
]'f. A bra Л külr-,6 f a l h ő m é r s é k l e t
03
0.4
05 T£«3
késése,
0.5 Tfeec] l Я. á bra ['ermoelem k é s é s i i d ő k ,
О маиса ADATOK О
НОТЯАМ SZÁMÍTÁS 1»álto«at
•
HOTRAN SZÁMÍTÁS
ljrinoxet
• |3. i b f * n telr«jrett mirfei pmt
STACIONÁRIUS CRTCK
M
**
19.
W
ábra
Kritikus hőfluxus a tranziei.s idő függvényében.
w
TD^fl
- 36 -
adatot, a fent leirt módon a BIOT programmal határoztuk meg. A "'HOTRAN számítás 1. változat"-nál a 15. ábrán pont-vonallal jelölt h6fluxus, mig a "2. változat"-nál az állandó hűtőközeg hőmérséklet feltételezéssel számólt görbét használtuk. Ezt az eljárást követtük a teljes méréssoro zat kiértékelésénél.
Köszönetnyilvánítás
A szerző köszönetet mond Belle Amália, Csőm Vérbulcsu, Gyenes György, Katona Tamás, Tóth Iván, Trösztéi István és Windberg Péter kollégáknak, a számításokban és mérésekben nyújtott segítségükért.
-г 37 -
Irodalomjegyzék
[lj Tong L.S., Weisman J.: Termál Analysis of Pressurized Water Reactors. American Nuclear Society, 1970. [2l Paksi Atomerömü-II. Műszaki Terv. [3j Gaspari G.P. et.al: Dryoot Experiments in a 16-rod BWR Geometry With Six Different Radial Heat Flux Distributions. Nat.Heat Transfer Conf., Sanfrancisco 1975. [4] Lee D.H.: An Experimental Investigation of Forced Convection Burnout in High Pressure Water. AEEW-R 355/1965/ [\>] Guarino D. et.al: Critical Review of Burn-out Experiments in BWR Square Geometry Fuel Bundles and Comparisons of Experimental Data with Main Calculation Methods. European Two-Phase Flow Group Meeting, 1973. BruxelTes. [bj Hench J.E: Kultirod /Four-Rod/ Critical Heat Flux at 1000 Psia. GEAP-4358 /1963/.
[Ц
Hench J.E.. Beohm R.F.: Nine-Rod Critical Heat Flux at 1000 Psia. GEAP-4929 /1966/
Investigation
[H] Gaudiosi G.: Thermal Crisis on a 16 /4x4/ Rod Bundle at High Pressure /70 kg/cm / and High Steam Quality /0,3 to 0,6/. Dur. Two-Phase Flow Group Meeting. 1971. 2
['»] .Janssen E.: Two-"'.iase Flow and Heat Transfer in Multirod Geometris. GEAP-1034 7 /1971/.
[in] Mils son
L.. et.al: Burn-0ut Experiments with a 9-Rod Bundle in Vertical riow of Water. AF-RL-1150 /1969/.
[l 1] Janssen E. et.al: Sixteen-Rod Critical Heat Flux Investigation, Ctedm-Water at 600 to 3 250 Psia. ASME, Winter Annual Meeting /1969/ [l'/] Bariiett P.G. : A Comparison of the Atccuracy of some Correlations for Burn-out in Annuli and Rod Bundles. AEEW-R-558, 1968. [n] Macbeth R.V. Burn-out Analysis, Part 5. Examination of Published Word Data for Rod Bundles. AEEW-R-358, 1964. [j't] Becker R.M.: A Correlation for Burnout Predictions in Vertical Rod Bundler.. S-349, 1966. [l'] Gaspari et.al: Gome Consideration on Critical Heat Flux in Rod Clusters in Annular Dispersed Vertical Upward Two-Phase Flow, 'tth. Int. Heat Transfer Conf., Paris, 1970. [1 > ] Marinelli V., Pantori I.: Simple but Accurate Method for F'redic t iii'Burn-out in PWR Rod Bundlen. ANS Annual Meeting, Chicago, 1971. [1 •'] C.-1 lerst.edt .I.S. et.al: Correlation of Critical Heat Flux in a Bund I c Cr.oled by Pressurized Water. ASMF. Winter Annual Meeting, l,or; Angola.-;, 1 46 9.
- 38
[inj Macbeth R.V.: The Burn-out Phenomenon in Forced Convection boiling, Advances in Chemical Engineering, Vol.7., 1968, 207. [lli] o/..ibados L. és mások: Kritíkiu; hőfluxus vizsgálatok 1-rud mér<5szakar.zon, tranziens körüliw"'nyek között.KFKI-AEKI.Kutatási jelentés 1976. [?0] Gellerstedt J.S. et.al: Correlation of Critied Heat Flux in a Bundle Cooled by Pressurized Water. ASHE. Winter Annua] Meeting. Los Angeles, 1969. [?l] Campanile et.al: Forced Convection Burnout and Hyrodynamic Instability Experiments for Water at High Pressure. EUR. 44684e 1970. [??] Campanile et.al: Forced Convection Burnout and Hydrodynamic Instability Experiments for Water at High Pressure. EUR. 4 Ы 4 е , 1970.
[ 0 Смолин В.Н., Поляков В.К. : Критически! тепловой поток при продоль ном оптекании пучка стержней. Теплоэнергетика 1967. [?'•] Миропольский и др. : Статистические закономерности при исследо вании кризиса теплообмена. Теплоэнергетика 1970. [ ] Осмачкин B.C. : Кризис теплообмена пни движении кипящей воды в пучках тепловыделяющих стержней. ИАЭ -2014, 1970. [7ГО Gyenes Gy., Szabados L.: BURN-1, A Computer Code for Critical Heat Flux Calculations in Tubes and Rod Bundles. KFKI-74-32. [?7] Wilson R.H. et.al: Critical Heat Flux in a Nonuniformaly Heated Rod Bundle. ASME. Winter Annual Meeting. Los Angeles, 1969 t?8j Rosenthal R.W.: An Experimental Study of Transient Boiling. Nucl. Sei. and Eng. Sept. 1957. [23] Johnson H.A.: Transient Boiling Heat Transfer. Fourth Internat. Conference, Paris /1970/. [ЗС] Lurie H., Hohnson H.A.: Transient Pool Boiling of Water on a Vertical Surface With a Step in Heat Generation. ASME J.of. Heat Transfer, 84 /1962/. [31] Hall W.B., Harrison W.C.: Transient Boiling of Water at Atmospheric Pressure, Third International Heat Transfer Conference, Chicago 1966. [3?] Kawamura H., et.al: Heat Transfer and NB Heat Flux in Transient Boiling. Fourth Int. Heat Transfer Cc.if. Paris /1970/. r,
[33] Sakurai A. et.al: Experimental Studies on Transient Boiling Heat Transfer and Burnout. Fourth Int. Heat Transfer Conf. P.iris /1970/. [34] Morgan R.P.: A Review and Discussion of Literature Concerning Transient Heat Transfer and Steam Formetion. USAEC, ID0-17226 /lf-o7/. [35] Gambill W.R.: Burnout in Boiling Heat Transfer. Part.II.: Subcooled Forned Convection Systems, Nuclear Safety. Vol.9. N06. /1968/.
- ?9
;
[u,J Rt - elJ J.A.: CKICKIN-A FORTRAN Program for Intermediate and Fast Transie i.r. In a Water Moderated Reactor. WAPD-TM-479. /1965/. £l7] Hein D., Mayinger F.: Burnout-Power in Transient Conditions. Seminar on Two Phaűe Flow Thermohydraulics, Rome /1972/. [зя] Tong L.5. et.al: Transient DNB Test on CVTR Fuel Assembly. CVNA-232 /1ЭС5/. [39] Moxon D., Edeards P.A.: Dryout During Flow and Power Transients. AEEW-R553. /1967/. H*oJ Hassid A.: Critical Heat Flux /Burnout/ in Transiensts: Remarks on the Available Information. Energia Nuclear. Vol. N.12. /1973/. [4l] Gaspari et.al: Transient Dryout in a Modelled CIRENE 1Я + 1 Rod Cluster. CISE-R-379 /1975/. fy?]
Predictions of Transient CHF using the Hydrodynamic TILT Cede and the Steady-State CBE-3 CHF Correlation. CISE-R-36U /1975/.
ft i] Szabados L. és mások: Az NVH termohidraulikai kísérleti berendezés. ТТ.rész. Műszerezés és adatgyűjtés. KFKI-1977-109. f»u] Szabados L. és mások: Az NVH termohidraulikai kísérleti berendezés. I. rész. A berendezés általános leírása. KFKI-1977-108 [1 ]
Szabados L. és mások: Kritikus hőfluxus vizsgálatok 1-rud mér6szakaszon, axiálisan változó hőforrás eloszlással. Kutatási jelentés. KFKI, 1976.
[нь] Tong '..;.: Critical Heat Fluxes in Rod Bundles. ASME. Winter Annual Meeting. I .-is Angeles, 1969. I'i'/] Guar inn 1'. tjt.ai: Critical Review of Burn-out Experiments in BWR Square Geometry Fuel Cundles and Comparisons of Experimental Data with Main Calculation Methods, European Two-Phase Flow Group Meeting, 1973. B r u x f 1 1 >".••.
[iti] Вескоv K.M. et.al: Bumut Conditions for Round Tubes at Elevated Pressures. int.Symp. on Two-Phase Systems. Paper 1-9, 1971.
["'»] Кароти Л., Сабацош Л., Денеш Д., Ковач Л. М.: Методики для расчетной оценки критических тепловых нагрузок. Сборник докладов. Семинар ТО-74. Москва 1э74.
[> ]
Kovács I..M., V i g a s s y J . : COBRA-II/KFKI- A D i g i t a l Computer Program f o r Thermal - H y d r a u l i c Subchannel A n a l y s i s of Rod Bundle .''uclear Fuel E l e m e n t s . KFKT-7H-7? /lOVU/.
[' l] Szabados L. é s mások: K r i t i k u s h ő f l u x u s v i z s g á l a t o k 1-rud s z a k . i s z o n . K u t a t á s i j e l e n t é s . MTA-KFKI , 1 9 7 5 . [?]
Tóth I . , Szabados I , . , G r i l l o P . : BI0T-A 3-Dimeimional and iYa!is »nt Heat c o n d u c t i o n Code. KFKI-70-35-RPT.
mér6-
Steady-State
;
[ t) S z a l a d ó - I,. .' ; mások: НОТРЛМ-^teady-Gtale and T r a n s i e n t Thermoh y d r i a l i c t ' a i c i i l a t i n n s of !.r*tpr-'"oojod p n ^ t o r "orrr, . '<ГУХ-70-ЗЧ-Р,ГТ. ['•'•] Bowling K.W.: A Simple but A c c u r a t e Round T a b e , Uniform Heat F l u x , t'ryout C o r r e l a t i o n o v e r the P r e s s u r e Range 0 . 7 - 1 2 MN/m / Н Ю - / 5 0 0 р.«,:1д/ AEEW-R-789. / 1 9 7 ? / . 2
Kiadja a Központi Fizikai Kutató Jntézet Felelős kiadóJ Gyimesi Zoltán igazgató Szakmai lektor: Vigassy József Példányszám: 155 Törzsszám: 78-136 Készült a KFKI sokszorosítójában Uudapest, 1978. február hó
