Имитатор тепловыделяющего элемента с двухсторонним теплосъемом

Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для имитации температурного режима тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов, при исследовании запасов до кризиса теплообмена и исследовании различных аварийных режимов работы твэлов на электрообогреваемых стендах, а также в промышленности и исследовательской практике при проведении тепловых испытаний.
Известны имитаторы твэлов прямого нагрева. В имитаторах твэлов прямого нагрева выделение тепла достигается пропусканием тока через оболочку. Теплоноситель омывает теплоотдающую поверхность имитатора непосредственно. Электрообогреваемые тепловыделяющие элементы прямого нагрева успешно используются для исследований кризиса теплоотдачи и различных тепломассообменных процессов.
Основной недостаток имитатора твэла прямого нагрева состоит в том, что он не может быть использован при исследовании аварийных процессов поскольку он не моделирует твэл. Для моделирования необходимо обеспечить соответствие объемной теплоемкости твэла и имитатора твэла. Последнее достигается с помощью приближения свойств электроизолятора (объемной теплоемкости) и твэла. (Болтенко Э.А. Методы экспериментального исследования теплогидравлических характеристик и структуры потока на моделях тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, учебное пособие, Э.А. Болтенко, А.Н. Варава, А.Т. Комов; под ред. А.Т. Комова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2017. 220 с. /1/).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является имитатор твэла косвенного нагрева.
Имитатор твэла состоит из корпуса имитатора - оболочки, выполняемого из нержавеющей стали и служащего для размещения внутри него нагревательного элемента в виде проволоки или стержня, по которому пропускают ток от источника тока. В качестве материала нагревательного элемента используют нихром, сталь и т.п.
Нагревательный элемент установлен в верхний токоподводящий узел, который выполнен заодно с корпусом имитатора. Между корпусом имитатора твэла и нагревательным элементом располагают электроизолирующий материал. В качестве последнего используют, как правило, порошок (наполнитель) MgO - периклаз. Выход нагревательного элемента из корпуса осуществляется через узел герметизации (А.С. 1340441 СССР. Имитатор тепловыделяющего элемента ядерного реактора С.М. Балашов, А.С. Коньков, A.M. Павлов. Открытия. Изобретения. 1987 /2/).
На фиг. 1 представлен имитатор тепловыделяющего элемента с односторонним теплосъемом. Теплосъем осуществляется с выпуклой теплоотдающей поверхности - оболочка 2.
Имитатор включает следующие элементы: 1 - нижний токоподвод (медь), 2 - наружная оболочка из нержавеющей стали, 3 - электроизолятор (MgO), 4 - электрообогреваемый элемент (нихром марки Х20Н8О), 5 - верхний токоподвод (медь), 6 - термопара (6 штук). 7 - узел герметизации.
3
Известны реакторные установки (РУ) с трубчатыми твэлами (Патент России 2220464 МКИ G21C 3/00, 3/30, 3/32. Тепловыделяющая сборка / В.Н. Блинков, Э.А. Болтенко // Заявка №2002104121 от 20.02.2002. Открытия. Изобретения. 2003. №36 /3/, Блинков В.Н., Болтенко Э.А., Елкин И.В., Мелихов О.И., Соловьев С.Л. Перспективы использования кольцевых твэлов в атомной энергетике / Теплоэнергетика, 2010, №3 с. 28-33 /4/).
Основной недостаток известного имитатора косвенного обогрева состоит в том, что он не может быть использован при исследовании трубчатых твэлов, поскольку он не моделирует твэл. Для моделирования необходимо обеспечить соответствие геометрии твэла и объемной теплоемкости твэла и имитатора твэла. Последнее достигается с помощью приближения свойств электроизолятора (объемной теплоемкости) и твэла. Для проведения экспериментальных исследований на моделях трубчатых твэлов необходимы имитаторы твэлов, в которых теплосъем осуществляется как с вогнутой, так и с выпуклой теплоотдающих поверхностей.
Предлагается имитатор тепловыделяющего элемента с двухсторонним теплосъемом, включающий в себя оболочку и электрообогреваемый элемент с выпуклой теплоотдающей поверхностью, подключенный к источнику питания и отделенный от выпуклой теплоотдающей оболочки электроизолятором, отличающийся тем, что дополнительно электрообогреваемый элемент от вогнутой теплоотдающей поверхности отделен электроизолятором.
Технические результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в моделирования трубчатого твэла, что обеспечивается тем, что дополнительно электрообогреваемый элемент от вогнутой теплоотдающей поверхности отделен электроизолятором.
Достижение технического результата, заключающегося в моделирования трубчатого твэла обеспечивается тем, что имитатор твэла геометрически подобен исследуемому трубчатому твэлу, а также тем, что обеспечивается приближенное соответствие объемной теплоемкости твэла и имитатора твэла.
На фиг. 2 показано поперечное сечение имитатора тепловыделяющего элемента с двухсторонним теплосъемом.
Имитатор состоит из наружной оболочки - 2, двух электроизоляторов - 3 (периклаз), в которых размещены термопары - 6 типа ХА (2 штуки), электрообогреваемого элемента - 4, который выполнен из нихрома, внутренней оболочки - 8.
Имитатор работает следующим образом. Имитатор помещают в рабочий участок, в котором обеспечиваются режимные параметры эксперимента (давление, расход и температура воды, мощность тепловыделения на имитаторе). Вода омывает наружную оболочку 2 (выпуклая теплоотдающая поверхность) и внутреннюю оболочку 8 (вогнутая теплоотдающая поверхность). В течение эксперимента проводят запись всех регистрируемых параметров. Проводят обработку данных и анализ результатов.
Список использованной литературы
1) Болтенко Э.А. Методы экспериментального исследования теплогидравлических характеристик и структуры потока на моделях тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, учебное пособие, Э.А. Болтенко, А.Н. Варава, А.Т. Комов; под ред. А.Т. Комова. 2 изд., испр. и доп. М.: Издательство МЭИ, 2017. 220 с.
2) А.С. 1340441 СССР. Имитатор тепловыделяющего элемента ядерного реактора СМ. Балашов, А.С. Коньков, A.M. Павлов. Открытия. Изобретения. 1987.
3
3) Патент России 2220464 МКИ G21C 3/00, 3/30, 3/32. Тепловыделяющая сборка / В.Н. Блинков, Э.А. Болтенко // Заявка №2002104121 от 20.02.2002. Открытия. Изобретения. 2003. №36.
4) Блинков В.Н., Болтенко Э.А., Елкин И.В., Мелихов О.И., Соловьев С.Л. Перспективы использования кольцевых твэлов в атомной энергетике / Теплоэнергетика, 2010, №3 с. 28-33.