Математическое и компьютерное моделирование конвективного теплообмена в топливных кассетах ТВЭЛов при различной форме и упаковке стержней

Аннотация

Работа состоит из трёх разделов и носит информационно-обобщающий характер с указанием перспективных направлений дальнейших исследований. Первый раздел «Метод R-функций в математическом моделировании конвективного теплообмена в топливных кассетах с ТВЭЛами» посвящён применению новых конструктивных средств метода R-функций для математического и компьютерного моделирования упаковок ТВЭЛов с различными типами симметрии, а также изучению конвективного теплообмена в решетках ТВЭЛов и влияния вида упаковки на распределение скорости и температуры. Рассмотрена восьмигранная кассета с 37 ТВЭЛами, упакованными по трем схемам: циклической, шахматной и коридорной. Отмечено, что при построении уравнений кассеты с пучками ТВЭЛов по новой методике количество R-операций и, соответственно, время расчета существенно уменьшаются. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что при циклической упаковке получаем максимальную температуру. Рассмотрена также схема реактора, кассеты которого представляют собой шестигранные кожухи, где в каждом размещены по 91 ТВЭЛу как с шахматной, так и с циклической упаковкой. Во втором разделе «Теплогидравлический расчет кассет ТВЭЛов при нарушении симметрии упаковки стержней» рассмотрена шестигранная топливная кассета с 169 ТВЭЛами и шахматной упаковкой. Проанализировано повышение температуры в случае нарушения симметрии упаковки при сохранении параллельности стержней, а также в случае искривления одного из них. В третьем разделе «R-функции, ТВЭЛ с полизональным оребрением оболочки и теплообмен при движении жидкости» внимание акцентируется на построении уравнений различных поверхностей оребрения ТВЭЛов и исследовании гидродинамических и температурных полей при полизональном оребрении оболочки. При этом, используя аппарат тензорного анализа, осуществлён переход в криволинейную неортогональную (винтовую) систему координат. Отмечено, что математическое моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам. Кроме того, работа с математической моделью процесса и вычислительный эксперимент дают возможность относительно быстро и без существенных затрат исследовать свойства и поведение процесса в различных ситуациях. Достоверность методов, результатов и выводов подтверждена сравнением со сведениями, приведенными в литературе, результатами анализа численной сходимости решений и вычислением невязки.