Нейтронно-физический Примерный расчёт реактора типа ВВЭР


Курсовая работа

Дисциплина: «Реакторы и парогенераторы»

Тема: Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР

Оглавление

  • Введение
  • 1. Определение теплотехнических характеристик для теплоносителя
  • 2. Геометрические характеристики кассеты
  • 3. Конструктивные характеристики активной зоны
  • 4. Расход теплоносителя средняя и максимальная скорости
  • 5. Объемные доли компонент по ячейке в приближении к кассете
  • 6. Определение ядерных концентраций
  • 6.1 Определение ядерных концентраций в веществе (т. е. «в самом себе»)
  • 6.2 Определение ядерных концентраций в ячейке
  • 7. Температура нейтронного газа
    • 7.1 Определение микросечений поглощения компонент при
    • 7.2 Определение макросечений поглощения компонент и суммарного значения в макроячейке
    • 7.3 Определение замедляющей способности для компонент при E=1эВ и суммарного значения в макроячейке
    • 7.4 Определение температуры нейтронного газа и g-факторов для деления и поглощения
  • 8. Усреднение микросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент
  • 9. Усреднение макросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
  • 10. Расчет транспортных макросечений для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
  • 11. Расчет замедляющей способности в резонансной области для отдельных компонент и в целом для макроячейки
  • 12. Расчет замедляющей способности быстрых нейтронов для отдельных компонент и в целом по макроячейке 13. Расчет транспортных макросечений быстрых нейтронов для отдельных компонент и по макроячейке в целом
  • 14. Определение длинны диффузии, длины замедления и длины миграции
    • 14.1 Длина диффузии
    • 14.2 Длина замедления
    • 14.3 Длина миграции
  • 15. Определение числа нейтронов деления на один акт поглощения
  • 16. Расчет коэффициента размножения на быстрых нейтронах
  • 17. Определение вероятности избежать резонансного захвата для отдельных компонент и общей вероятности избежать резонансного захвата для макроячейки
  • 18. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов
  • 19. Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде
  • 20. Расчет коэффициента размножения в активной зоне конечных размеров
  • 21. Определение реактивности на горячее неотравленное состояние реактора без мощности на начало кампании
  • Вывод
  • Список использованных источников
  • Введение
  • Целью работы является определение эффективного коэффициента размножения и реактивности для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности.
  • Активная зона реактора состоит из ТВС, располагаемых по правильной треугольной сетке. Плотность потока тепловых нейтронов максимальна в замедлителе между соседними ТВС и уменьшается по направлению к центру ТВС, достигая там минимума.
  • В реакторе распределение плотности потока тепловых нейтронов по его объему является суперпозицией трех распределений:
  • 1) распределение по объему гомогенизированной активной зоны;
  • 2) распределение по ячейке, относящейся к ТВС;
  • 3) распределение по ячейке, относящейся к твэлу.
  • Общее распределение по реактору спадает от центра к периферии вследствие утечки нейтронов из реактора.
  • В целях упрощения расчетов используют метод эквивалентной ячейки. Выделение эквивалентной ячейки основано на двух основных положениях.
  • 1) Считается возможным выполнить расчет распределения по ячейке отдельно от расчета по реактору. Это равносильно тому, что реактор принимается неограниченно протяженным, т. к. распределение по бесконечно большому реактору постоянно ввиду отсутствия утечки нейтронов.
  • 2) Из первого положения следует физическая симметрия ячейки и равенства нулю производной в центре и на границе ячейки.
  • Реальная граница ячейки имеет шестигранную форму.
  • В одномерном расчете реальная граница заменяется окружностью, что не вносит существенной погрешности, но позволяет проводить расчет в одном измерении.
  • Полученная ячейка совпадает по площади с реальной, что позволяет вычислить радиус ячейки.
  • Расчеты проводятся по модели ячейки в приближении к ТВС (макроячейка).
  • 1. Определение теплотехнических характеристик для теплоносителя

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    1

    Температура воды на линии насыщения при

    Р1= 140 кгс/см2

    таб XXIII, [1]

    2

    Температура воды на входе в реактор

    290,08

    3

    Энтальпия воды на линии насыщения при

    Р1= 140 кгс/см2

    таб XXIII, [1]

    1562,1

    4

    Энтальпия воды на выходе из реактора при p1 и Tвых

    таб XXIV, [1]

    1491,67

    5

    Энтальпия воды на входе в реактор при p1 и Tвх

    1286,18

    6

    Средняя температура в реакторе

    307,58

    7

    Средний удельный объем воды при p1 и

    таб XXIV, [1]

    0,0014165

    8

    Средняя плотность воды при p1 и

    0,70597

    9

    Максимальная температура на выходе

    330

    10

    Максимальная энтальпия на выходе при p1 и

    таб XXIV, [1]

    1524,41

    11

    Средняя максимальная температура воды в реакторе

    310,04

    12

    Средний максимальный удельный объем воды при p1 и

    таб XXIV, [1]

    0,0014275

    13

    Средняя максимальная плотность воды при p1 и

    0,70053

    2. Геометрические характеристики кассеты

    14

    Диаметр сердечника твэла

    мм

    7,66

    15

    Число рядов твэлов в кассете

    15

    16

    Конструктивный размер от кожуха до ряда твэлов

    мм

    0,825 (

    0,825· (

    2,888

    16

    Размер кассеты под “ключ”

    175,18

    17

    Площадь живого сечения кассеты для прохода теплоносителя

    мм2

    13767,2999

    18

    Площадь, занимаемая топливом в кассете

    мм2

    7788,1467

    19

    Площадь, занимаемая конструкционным материалом оболочки твэла в кассете

    3652,7926

    20

    Площадь, занимаемая конструкционным материалом кожуха в кассете

    1081,0907

    21

    Площадь, занимаемая конструкционными материалами в кассете

    +

    3652,7926+1081,0907

    4733,8833

    22

    Площадь, занимаемая газовым зазором в кассете

    287,2858

    23

    Площадь кассеты

    13767,2999+7788,1467+3652,7926+

    +1081,0907+287,2858

    26576,6157

    24

    Площадь кассеты

    26576,6157

    25

    Шаг кассет

    175,18+5

    180,18

    26

    Площадь ячейки

    ммІ

    28115,3696

    27

    Площадь, занимаемая водой в межкассетном пространстве

    28115,3696-26576,6157

    1538,7539

    28

    Суммарная площадь в кассете для прохода теплон.

    +

    13767,2999+ 1538,7539

    15306,0538

    29

    Вводно-топливное соотношение для кассеты

    щкас

    /

    13767,2999/7788,1467

    1,7677

    3. Конструктивные характеристики активной зоны

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    30

    Радиус эквивалентной ячейки, относящейся к кассете

    мм

    94,6

    31

    Объем активной зоны реактора (предв.)

    м3

    Qр/qv

    2000 / 85

    23,5294

    32

    Диаметр активной зоны (предв.)

    м

    3,04606

    33

    Высота активной зоны (предв.)

    m ·

    1,06·3,04606

    3,22882

    34

    Общая площадь активной зоны (предв.)

    м2

    (р· 2)/4

    (р·3,046062)/4

    7,2873023

    35

    Количество кассет в активной зоне

    nкас

    шт

    / Fяч

    7,2873023•106/28115,3696

    259,19

    36

    Общая площадь активной зоны

    Fаз

    м2

    nкас·Fяч

    259·28115,3696•10-6

    7,2818807

    37

    Диаметр активной зоны

    Dаз

    м

    3,04493

    38

    Высота активной зоны

    Hаз

    m·Dаз

    1,06·3,04493

    3,22763

    39

    Объем активной зоны реактора

    Vаз

    м3

    23,5032

    40

    Пересчет энергонапряженности активной зоны

    qv

    МВт/м3

    Qр/Vаз

    2000/23,5032

    85,0948

    41

    Площадь живого сечения активной зоны для прохода замедлителя в кассете

    13767,2999

    3,5657307

    42

    Площадь активной зоны, занятая топливом

    2,01713

    43

    Площадь активной зоны, занятая газовым зазором

    287,2858

    0,074407

    44

    Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом оболочки твэлов

    3652,7926

    0,9460733

    45

    Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом кожуха кассеты

    1081,0907

    0,2800025

    46

    Площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя в межкассетном пространстве

    (28115,3696 -26576,6157 )

    0,3985373

    47

    Суммарная площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя

    3,5657307+0,3985373

    3,964268

    48

    Суммарная площадь активной зоны, занятая конструкционными материаломи

    +

    0,9460733+0,2800025

    1,2260758

    49

    Водно-топливное соотношение активной зоны

    щаз

    /

    3,964268/2,01713

    1,9653

    50

    Суммарная площадь активной зоны

    ++++

    2,01713+0,074407+0,9460733+

    +0,2800025+3,964268

    7,2818808

    4. Расход теплоносителя средняя и максимальная скорости

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    51

    Расход теплоносителя в активной зоне

    9732,83

    52

    Средняя скорость теплоносителя

    3,75

    53

    Максимальная скорость теплоносителя

    5,12

    54

    Коэффициент неравномерности расхода теплоносителя

    kr•(IвыхIвх)/(IмахвыхIвх)

    1,57•(1491,67-1286,18)/(1524,41-1286,18)

    1,354

    55

    Средний расход теплоносителя в кассете

    36,45

    56

    Максимальный расход теплоносителя через кассету

    36,45•1,354

    49,35

    5. Объемные доли компонент по ячейке в приближении к кассете

    57

    Объёмная доля топлива

    7788,1467/28115,3696

    0,277007

    58

    Объёмная доля газового зазора

    287,2858/28115,3696

    0,010218

    59

    Объёмная доля оболочки твэла

    3652,7926/28115,3696

    0,129922

    60

    Объёмная доля кожуха кассеты

    1081,0907/28115,3696

    0,038452

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    61

    Объёмная доля теплоносителя в кассете

    13767,2999/28115,3696

    0,489672

    62

    Объёмная доля теплоносителя в межкассетном пространстве

    1538,7539/28115,3696

    0,05473

    63

    Объёмная доля теплоносителя в ячейке

    +

    0,489672+ 0,05473

    0,544402

    64

    Объёмная доля конструкционных материалов в ячейке

    +

    0,129922+ 0,038452

    0,168374

    65

    Сумма долей (проверка)

    еяч

    0,277007+0,010218+0,544402+

    +0,168374

    1,000001

    6. Определение ядерных концентраций

    6.1 Определение ядерных концентраций в веществе (т. е. «в самом себе»)

    66

    Молярная масса урана

    г/моль

    M5·x5 + M8·(1- x5)

    235,12·0,044+238,12·(1-0,044)

    237,988

    Ядерные концентрации:

    67

    — для U

    0,0216399

    68

    — для U-235

    0,0009522

    69

    — для U-238

    0,0206877

    70

    — для О2

    0,0216399•2

    0,0432798

    71

    — для Н2О

    0,0236081

    72

    — для He

    0,0000268

    73

    — для Zr

    0,0425215

    6.2 Определение ядерных концентраций в ячейке

    74

    — для U

    0,02163990,277007

    0,0059944

    75

    — для U-235

    0,00095220,277007

    0,0002638

    76

    — для U-238

    0,02068770,277007

    0,0057306

    77

    — для О2

    0,04327980,277007

    0,0119888

    78

    — для Не

    0,00002680,010218

    0,0000003

    79

    — для Zr

    0,04252150,168374

    0,0071595

    80

    — для Н2О

    0,02360810,544402

    0,0128523

    81

    — для Zr в оболочке

    0,04252150,129922

    0,0055245

    82

    — для Zr в кожухе

    0,04252150,038452

    0,001635

    7. Температура нейтронного газа

    7.1 Определение микросечений поглощения компонент при

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    83

    — для U-235

    485,6368107

    84

    — для U-238

    2,71

    1,9269045

    85

    — для О2

    0,0002

    0,0001422

    86

    — для Не

    0,007

    0,0049772

    87

    — для Zr

    0,185

    0,1315414

    88

    — для Н2О

    0,664

    0,4721271

    7.2 Определение макросечений поглощения компонент и суммарного значения в макроячейке

    89

    -для U-235

    485,63681070,0002638

    0,1281110

    90

    -для U-238

    1,92690450,0057306

    0,0110423

    91

    -для О2

    0,00014220,0119888

    0,0000017

    92

    -для Не

    0,00497720,0000003

    0

    93

    -для Zr

    0,13154140,0071595

    0,0009418

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    94

    -для Н2О

    0,47212710,0128523

    0,0060679

    95

    — сумма макросечений для ячейки

    0,1281110+0,0110423+0,0000017+

    +0+0,0009418+0,0060679

    0,1461647

    7.3 Определение замедляющей способности для компонент при E=1эВ и суммарного значения в макроячейке

    96

    -для U-235

    0,1260,0002638

    0,0000332

    97

    -для U-238

    0,0750,0057306

    0,0004298

    98

    -для О2

    0,450,0119888

    0,005395

    99

    -для Zr

    0,1350,0071595

    0,0009665

    100

    -для Н2О

    410,0128523

    0,5269443

    101

    Замедляющая способности смеси одной ячейки

    УоУs(1эВ)

    УоУsi(1эВ)

    0,0000332+0,0004298+0,005395+

    +0,0009665+0,5269443

    0,5337688

    7.4 Определение температуры нейтронного газа и g-факторов для деления и поглощения

    102

    Температура нейтронного газа

    К

    580,73·[1+1,4·(0,1461647/0,5337688]

    803,36

    103

    Фактор, учитывающий отклонение сечений поглощения и деления от закона 1/v при усреднении по спектру Максвелла

    gа5 (gf5)

    Принимается по справочным данным по Tнг с использованием линейной интерполяции

    0,935

    ядерный реактор нейрон

    8. Усреднение микросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    104

    Поглощения: — для U-235

    342,2137917

    105

    — для U-238

    1,4522269

    106

    — для О2

    0,0001072

    107

    — для Не

    0,0037511

    108

    — для Zr

    0,0991373

    109

    — для Н2О

    0,3558224

    110

    Деления: — для U-235

    291,6082383

    9. Усреднение макросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке

    111

    Поглощения: — для U-235

    342,21379170,0002638

    0,090276

    112

    — для U-238

    1,45222690,0057306

    0,0083221

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    113

    — для О2

    0,00010720,0119888

    0,0000013

    114

    — для Не

    0,00375110,0000003

    0

    115

    — для Zr

    0,09913730,0071595

    0,0007098

    116

    — для Н2О

    0,35582240,0128523

    0,0045731

    117

    — для топлива

    ++

    0,090276+0,0083221+0,0000013

    0,0985994

    118

    — сумма

    0,090276+0,0083221+0,0000013+0+

    +0,0007098+0,0045731

    0,1038823

    119

    Деления: — для U-235

    291,60823830,0002638

    0,0769263

    10. Расчет транспортных макросечений для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке

    120

    — для U-235

    150,0002638

    0,003957

    121

    — для U-238

    90,0057306

    0,0515754

    122

    — для О2

    3,60,0119888

    0,0431597

    123

    — для Не

    0,660,0000003

    0,0000002

    124

    — для Zr

    6,140,0071595

    0,0439593

    125

    — для Н2О

    0,0128523

    0,4274288

    126

    — для топлива

    ++

    0,003957+0,0515754+0,0431597

    0,0986921

    127

    — сумма

    0,0986921+0,0000002+0,0439593+

    +0,4274288

    0,5700804

    11. Расчет замедляющей способности в резонансной области для отдельных компонент и в целом для макроячейки

    128

    — для U-235

    0,090,0002638

    0,0000237

    129

    — для U-238

    0,070,0057306

    0,0004011

    130

    — для О2

    0,460,0119888

    0,0055148

    131

    — для Zr

    0,140,0071595

    0,0010023

    132

    — для Н2О

    40,40,0128523

    0,5192329

    133

    — сумма

    0,0000237+0,0004011+0,0055148+

    +0,0010023+0,5192329

    0,5261748

    12. Расчет замедляющей способности быстрых нейтронов для отдельных компонент и в целом по макроячейке

    134

    — для U-235

    0,050,0002638

    0,0000132

    135

    — для U-238

    0,060,0057306

    0,0003438

    136

    — для О2

    0,430,0119888

    0,0051552

    137

    — для Zr

    0,140,0071595

    0,0010023

    138

    — для Н2О

    18,10,0128523

    0,2326266

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    139

    — сумма

    0,0000132+0,0003438+0,0051552+

    +0,0010023+0,2326266

    0,2391411

    13. Расчет транспортных макросечений быстрых нейтронов для отдельных компонент и по макроячейке в целом

    140

    — для U-235

    7,80,0002638

    0,0020576

    141

    — для U-238

    7,70,0057306

    0,0441256

    142

    — для О2

    3,60,0119888

    0,0431597

    143

    — для Zr

    6,10,0071595

    0,043673

    144

    — для Н2О

    9,50,0128523

    0,1220969

    145

    — сумма

    0,0020576+0,0441256+0,0431597+

    +0,043673+0,1220969

    0,2551128

    14. Определение длинны диффузии, длины замедления и длины миграции

    14.1 Длина диффузии

    146

    Квадрат длины диффузии

    5,628609

    147

    Длина диффузии

    2,372469

    14.2 Длина замедления

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    148

    Отношение

    /0,5261748

    0,1974293

    149

    Относительная граничная энергия

    Методом подбора

    4,7303901

    150

    Энергия тепловых нейтронов

    эВ

    0,06914

    151

    Граничная энергия

    0,06914•4,7303901

    0,32706

    152

    Граничная летаргия

    15,62627

    153

    Возраст тепловых нейтронов

    85,37832

    154

    Длина замедления

    9,24004

    14.3 Длина миграции

    155

    Площадь миграции

    5,628609+85,37832

    91,00693

    156

    Длина миграции

    9,53976

    15. Определение числа нейтронов деления на один акт поглощения

    157

    Число нейтронов деления на один поглощенный тепловой нейтрон

    1,8881

    16. Расчет коэффициента размножения на быстрых нейтронах

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    158

    Объем воды на 1 см2 высоты блока

    74,7175

    159

    Объем уранового блока

    46,0837

    160

    Возможность нейтрона испытать первое взаимодействие в блоке с U-238

    Р

    29,40602

    161

    Коэффициент размножения на быстрых нейтронах в урановом блоке, когда блок окружен бесконечным замедлителем

    1,0012

    162

    Коэффициент размножения на быстрых нейтронах

    1,0123

    17. Определение вероятности избежать резонансного захвата для отдельных компонент и общей вероятности избежать резонансного захвата для макроячейки

    163

    Температурная поправка

    1,09533

    164

    Средняя хорда, характеризующая пробеги нейтронов в пределах блока горючего

    12,22

    165

    Эффективный резонансный интеграл для U-238

    барн

    13,5094

    166

    Вероятность избежать резонансного захвата для

    U-238

    ц8

    0,8632

    167

    Эффективный резонансный интеграл для U-235

    барн

    Справочная величина

    271

    168

    Эффективный резонансный интеграл для кислорода

    0

    169

    Эффективный резонансный интеграл для Zr

    3

    170

    Эффективный резонансный интеграл для гелия

    0

    171

    Эффективный резонансный интеграл для воды

    0

    172

    Вероятность избежать резонансного захвата для

    U-235

    0,873

    173

    Вероятность избежать резонансного захвата для материала кожуха

    0,9907

    174

    Вероятность избежать резонансного захвата для материала оболочки

    0,969

    175

    Общая вероятность избежать резонансного захвата

    0,86320,8730,9690,9907

    0,7234

    18. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов

    Название

    Обозначение

    Размерность

    Формула

    Расчет

    Результат

    176

    Коэффициент использования тепловых нейтронов

    0,9468

    19. Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде

    177

    Коэффициент размножения в бесконечной среде

    K?

    нa · е · и · цобщ

    1,8881· 1,0123· 0,9468·0,7234

    1,30909

    20. Расчет коэффициента размножения в активной зоне конечных размеров

    178

    Эффективная высота активной зоны

    340,763

    179

    Эффективный радиус активной зоны

    304,493/2 +8

    160,247

    180

    Геометрический параметр

    Bг2

    1/см2

    0,00031

    181

    Материальный параметр

    Bм2

    1/см2

    Так как реактор находится в критическом состоянии

    Bг2 = Bм2

    0,00031

    182

    Условие большого реактора

    Bг2·ф

    Bг2·ф «1

    0,00031·85,37832

    0,0264673

    183

    Эффективный коэффициент размножения

    1,27317

    21. Определение реактивности на горячее неотравленное состояние реактора без мощности на начало кампании

    184

    Реактивность на горячее состояние реактора

    0,21456

    Вывод

    В результате работы были определены эффективный коэффициент размножения и реактивность для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности.

    Величина реактивности в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности компенсирует следующие эффекты:

    1) выгорание и шлакование топлива за кампанию реактора;

    2) стационарное и нестационарное отравление реактора Xe-135;

    3) стационарное отравление реактора Sm-139;

    4) мощностной эффект реактивности.

    Список использованных источников

    1. Ганев И. Х. Физика и расчет реактора: Учеб. пособие для вузов / Под общ. ред. Н. А. Доллежаля — М.: Энергоатомиздат, 2011. 386 с.

    2. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н. В. Кузнецова — М.: Энергия, 2010. 296 с.

    3. Галанин А. Д. Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 536 с.

    4. Алешин В. С., Саркисов А. А. Ядерные реакторы: Учеб. пособие для вузов — Л.: Судпромгиз, 2009. 372 с.

    5. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов: Учеб. пособие для вузов / Г. Г. Бартоломей, Г. Б. Бать, В. Д. Байбаков, М. С. Алтухов; Под ред. Г. А. Батя — М.: Энергоатомиздат, 2008. 512 с.

    Если вы думаете скопировать часть этой работы в свою, то имейте ввиду, что этим вы только снизите уникальность своей работы! Если вы хотите получить уникальную курсовую работу, то вам нужно либо написать её своими словами, либо заказать её написание опытному автору:
    УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ ИЛИ ЗАКАЗАТЬ »