Неравномерности распределения пароводяного теплоносителя в засыпке тепловыделяющих частиц

Abstract

Существенное повышение безопасности атомной энергетики может быть достигнуто за счет внедрения микротвэльного топлива в реакторных установках с водяным теплоносителем. Микротвэл представляет собой шарик диаметром порядка миллиметра, состоящий из топливного ядра, покрытого защитной оболочкой. Оболочки разделяют топливо и теплоноситель и обеспечивают удержание продуктов деления ядер. Благоприятные теплофизические свойства засыпки микротвэлов в сочетании с водяным теплоносителем позволяют избежать аварийных последствий перегрева топлива. Известны предложения по использованию микротвэлов в ВВЭР, прямоточном реакторе с перегревом пара, реакторе со спектральным регулированием за счет изменения паросодержания. В статье расчетным методом анализируется возможность возникновения режимов с неравномерностью распределения теплоносителя в засыпке. Установлена неустойчивость, связанная с неоднозначностью зависимости перепада давлений от расходного паросодержания. Неустойчивость уменьшается с увеличением массового расхода, размера частиц, со снижением абсолютного давления, а влияние пористости на эффект мало. Наиболее опасный диапазон – при паросодержании порядка единицы. Возникают поры, заполненные только паром, и поры с водопаровой фазой при паросодержании, меньшем среднего по засыпке. В прямоточном реакторе с перегревом пара в таком режиме на выходе теплоноситель будет содержать долю влаги в капельной форме. Найдено, что в части режимов с недогревом на входе движение теплоносителя неустойчиво против сильного возмущения течения. В реакторе радиального типа при прочих равных условиях неравномерность распределения двухфазного теплоносителя по засыпке выше по сравнению с однофазным теплоносителем.