1.8. ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
В аппаратах с тепловыделением, не зависящим от процесса теплопередачи, основной задачей теплового расчета является определение поля температур в тепловыделяющих элементах и потоке охлаждающей среды. При этом следует определить максимальные температуры материала и жидкости для сравнения их с условиями безопасного режима работы. В условия безопасного режима работы входят, в частности, допустимый температурный предел работы конструкционных материалов, температура насыщения жидкости при охлаждении без кипения и первая критическая плотность теплового потока при охлаждении с кипением.
Рассмотрим охлаждение трубчатого элемента ядерного реактора некипящей жидкостью. Для простоты физические свойства жидкости будем считать неизменными подлине канала. Распределение тепловыделения запишем в виде закона синуса
где — максимальная плотность теплового потока, имеющая место в центре канала; — постоянная данного канала.
Влиянием входного участка на величину а пренебрегаем, полагая, что канал достаточно длинен. Тепловой баланс элемента трубы имеет вид
Здесь — средняя температура жидкости в сечении; w — средняя расходная скорость жидкости; D — внутренний диаметр трубы. Вводя в это выражение значение q из (1.8.1) и решая попарно члены равенства (1.8.2), находим
Температура жидкости на выходе из активной зоны
(1.8.5)
Максимальная температура стенки находится при данном распределении плотности теплового потока не в конце трубы, а в некоторой точке ее второй половины. Положение этой точки определяется условием .
На рис. 1.4 показан характер распределения теплового потока, температуры стенки тепловыделяющего элемента и температуры охлаждающей жидкости по длине реактора.
Рис. 1.4. Распределение температур и теплового потока по длине канала, охлаждаемого водой, при синусоидальном продельном распределении теплового потока