Экспериментальное исследование гидравлических Экспериментальное исследование гидравлических характеристик различных конструкций характеристик различных конструкций

дистанционирующих решеток на модели–имитаторе дистанционирующих решеток на модели–имитаторе ТВСТВС

О.Н. Кашинский, Н.А. Прибатурин

Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск, Россия

А.П. Устименко, М.А. ШустовОАО «НЗХК», Новосибирск, Россия

Ю.А. Безруков, Е.А. ЛисенковФГУП ОКБ «Гидропресс», Подольск, Россия

С.Е. ВолковОАО «ТВЭЛ», Москва, Россия

5-ая международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

29 мая–1 июня 2007, г. Подольск, Россия

На стадиях эскизного проекта РУ с ВВЭР рассматриваются конструкции активной зоны с различными дистанционирующими решетками (ДР). Важную роль в обосновании использования ДР различных конструкций ТВС вносят их гидравлические испытания. Гидравлические испытания различных ДР проведенные в ОКБ «Гидропресс», ФЭИ, ОКБМ показали явную зависимость их гидравлического сопротивления от конструкции ТВС. В этих испытаниях, однако, использовались не только различные схемы организации течения жидкости через ДР, но различные каналы, в которые были установлены ДР. Все это приводит к тому, что к настоящему времени не имеется сравнительной информации по перепадам давления на ДР различной конструкции и типа и их гидравлическому сопротивлению.

Введение

Анализ гидравлических нагрузок на ТВС от потока теплоносителя должен учитывать максимально возможный перепад давления на используемых ДР. Поэтому при организации и проведении прецизионных гидравлических измерений должны быть гарантировано исключены все возможные протечки жидкости как между соседними ячейками в многостержневой сборке – имитаторе ТВС, так и в межкассетных зазорах и возможных зазорах между ДР и стенкой измеряемого канала в который она установлена.

В данном докладе приводятся результаты работы по экспериментальному исследованию гидравлических характеристик (перепада давления, коэффициента гидравлического сопротивления) различных конструкций дистанционирующих решеток на модели–имитаторе ТВС при одинаковых исходных условиях и одних и тех же условиях измерения.

Цель работы

Общий вид рабочего участка стенда и схема испытательного стенда. 1- Бак с жидкостью, 2 – нагреватель, 3, 7 – вентиль запорный, 4 – насос, 5 –

расходомерная диафрагма, 6 – рабочий участок с моделью – имитатором ТВС

Модель-имитатор представляет собой фрагмент ТВС состоящий из 37 имитаторов твэлов и трех 37 ячеистых фрагментов ДР. Модель – имитатор ТВС имеет длину 1 метр. Два фрагмента дистанционирующих решеток, устанавливаемые на модели - имитаторе служили для позиционирования стержней – имитаторов твэлов, изучаемый фрагмент дистанционирующей решетки устанавливался посередине пучка стержней – имитаторов твэлов. Расход воды 25 – 55 м3/час. Для измерений использовались две трубки с отборами давления. Неподвижная трубка имела отбор давления на расстоянии 100 мм от нижнего торца модели - имитатора. Подвижная трубка выполняла роль центрального стержня – имиатора твэл. Общая длина, на которой осуществлялись измерения статического давления была равна 680 мм. Шаг перемещения подвижной трубки составлял 20 мм и уменьшался до 5 мм в области, примыкающей к исследуемой ДР.

Номер изделия Ячейка Применяется

в ТВС

Материал Толщина

материала,

мм

Высота

ячейки,

мм

1 Фрагмент 37 493.00.033 МТВС сталь 0,3 20

2 Фрагмент 37 0401.06.02.031 УТВС Э110 0,25 20

3 Фрагмент 37 0401.28.02.031 ТВС-2 Э110 0,3 30

4 Фрагмент 37 0401.21.05.011 ТВСА Э110 0,25 20

5 Фрагмент 37 яч.ТВС-2 модиф. ТВС-1200 Э110 0,3 30

Фрагмент 37 -

37-ячеечный фрагмент ДР

Канал, имеющий форму поперечного сечения в виде правильного шестиугольника с длиной грани 44,5 мм. Внутренний размер «под ключ» шестигранного канала составляет 77 мм. Площадь шестигранного канала 51,4 см2 . Проходное сечение

пучка имитаторов твэл (без ДР) в канале составляет 27, 4 см2. Проливная площадь на один имитатор твэл – 74 мм2.

Универсальный рабочий канал, имеющий в поперечном сечении форму, соответствующую форме 37-ми сложенных вместе правильных шестиугольных

ячеек с шагом размещения по их центрам 12,75 мм.

Результаты измеренийРезультаты измерений

Перепад давления на ДР для модели ТВС с ДР ТВС-2 (слева) и ТВСА (справа)

0 2 0 0 40 0 6 0 0 8 0 0z, ì ì

-4 0

-3 0

-2 0

-1 0

0

P, ê

Ïà

Òè ï ð åø åòê èÌ Ò Ñ

Ó ÒÂÑ

ÒÂÑ-2

ÒÂÑÀ

ÒÂÑ-1 2 0 0

гпуч d

Udz

dP2

2

25,0Re/316,0ппуч k

Расход воды 14,2 л/с, температура воды 18 0С. Сплошная линия – расчет

Сравнение перепада давления на ДР различной Сравнение перепада давления на ДР различной конструкцииконструкции

/Re гUd

Расчет:

U – скорость жидкости, определенная как расход, деленный на площадь проходного сечения рабочего канала с моделью – имитатором ТВС

22

Up

Изменение статического давления по длине модели – имитатора ТВС. ДР – МТВС.Темные значки – канал с формой правильного шестиугольника,

светлые – канал, составленный из 37 шестиугольников.

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0z, ì ì

-1 6

-1 2

-8

-4

P, ê

Ïà

Изменение давления вблизи дистанционирующей решетки (МТВС). Расход 10,5 л/с, температура воды 18 0С.

3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 0 0 0 0R e

0 .4

0 .6

0 .8

1

1 .2

Òè ï ð åø åòê èÌ Ò Ñ

ÒÂ Ñ -2

ÒÂ Ñ À

ÒÂ Ñ -1 2 0 0

Ó ÒÂ Ñ

Коэффициент гидравлического сопротивления ДР Коэффициент гидравлического сопротивления ДР различной конструкцииразличной конструкции

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000

2 1

Re

Сравнение КГС дистанционирующих решёток УТВС для модельных (ИТ СО РАН) - 2 и натурных (ОКБ «Гидропресс») – 1 измерений

Сравнение КГС дистанционирующих решёток ТВС-2 для модельных (ИТ СО РАН) и натурных (ОКБ «Гидропресс») измерений

- Проведены детальные измерения перепадов давления при течении жидкости через сборку 37 стержней имитаторов твэла с дистанционирующими решетками (ДР). Определены перепады давления на участках стержней до и после решетки, средний перепад давления на пучке стержней без ДР, перепад давления на дистанционирующей решетке различного варианта исполнения, коэффициент гидравлического сопротивления (КГС) дистанционирующих решеток МТВС, УТВС, ТВС-2, ТВСА, ТВС-1200.

- Определена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления ДР различной конструкции от числа Рейнольдса для диапазона чисел Рейнольдса

10000 - 60000.

ВыводыВыводы

После выводовПосле выводов

20000 30000 40000 50000 600000

2

4

6

8

10

12

14

Re

МТВС УТВС ТВС-2 ТВСА ТВС-1200 Арочная