Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра Конструирования приборов и установок
Календарный план по курсу
КОНСТРУИРОВАНИЕ ТВЭЛОВ И ТВС ЯЭУ
(для группы Ф8-07)
1-я неделя
Введение. Цели и задачи курса. Основные источники энергии. Возобновляемые и не возобновляемые источники, сценарии их использования. Экологические аспекты развития энергетики. Роль атомной энергетики в структуре энергетического комплекса индустриальных стран. Причины, стимулирующие ее развитие: истощение запасов органического топлива, парниковый эффект, налог на выброс продуктов сгорания органического топлива и т.д. Альтернативные источники энергии. Сравнение затрат на производство и цены энергии тепловых, атомных и других энергетических установок. Состояние и перспективы развития атомной энергетики в Российской Федерации.
2-я неделя
Общие вопросы проектирования твэлов и ТС. Задачи проектирования. Показатели оптимальности конструкции. Этапы разработки конструкции. Состав технического задания. Исходные данные для проектирования. Техническое предложение. Макетирование. Эскизный проект. Технический проект. Состав технического проекта. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы на стадии проектировании.
3-я неделя
Устройство и принцип действия ядерных реакторов различного типа. Классификация ядерных реакторов. Конструктивное решение активных зон и отражателей. Тепловыделяющий элемент — основной компонент активной зоны.
Реакторные установки и их основные типы, принятые к промышленной реализации в нашей стране и за рубежом. Реакторы с водой под давлением. Реакторы с кипящей водой. Канальные реакторы. Реакторы с газовым охлаждением. Высокотемпературные реакторы. Реакторы на быстрых нейтронах. Конкретные устройства активных зон реакторов. Режимы эксплуатации энергетических реакторов. Выгорание и воспроизводство ядерного топлива. Эффективность использования ядерного топлива. Единицы выгорания. Перегрузка топлива. Топливные циклы ЯЭУ.
4-я неделя
Твэлы и тепловыделяющие сборки (ТВС) энергетических реакторов с твердотопливным сердечником. Требования, предъявляемые к твэлам, как исходные данные при постановке задачи конструирования. В том числе: распределение требуемого количества топлива в активной зоне, развитие поверхности теплоотдачи и организация устойчивого теплообмена, исключение концентраторов напряжений, допустимое формоизменение, устойчивость и прочность конструкции при различных видах нагружения, совместимость материалов, обеспечение герметичности оболочки в процессе эксплуатации и т.д. Основные типы твэлов, принципиальное устройство, составные части, их назначение. Принципы и системы дистанционирования твэлов в сборках, комплексное решение конструкции и пучков твэлов. Тепловыделяющие сборки: основные типы, устройство, составные части, назначение, технологичность. Количество топлива в единичной сборке.
5-я неделя
Материалы тепловыделяющих элементов ЯЭУ.
Подход к выбору топлива для сердечников твэлов различных типов реакторов. Делящиеся и воспроизводящие изотопы. Основные требования к топливу: ядерная плотность, теплофизические характеристики, радиационная стойкость и размерная стабильность, совместимость с оболочкой и теплоносителем, механические свойства, удержание продуктов делений, стоимость. Основные соединения урана, плутония и тория, используемые в ядерной энергетике, перспективные виды топлива.
Подход к выбору конструкционных материалов для оболочек твэлов, направляющих каналов, чехлов ТВС и дистанционирующих элементов. Основные требования к конструкционным материалам. Основные металлы и сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов активной зоны.
6-я неделя
Проблемы обоснования работоспособности твэлов. Физико-химические процессы, определяющие работоспособность твэлов. Основные процессы, развивающиеся в топливных и конструкционных материалах, их влияние на работоспособность конструкции. Накопление продуктов делений, перестройка структуры, состояние продуктов деления в топливе, формоизменение материалов, массоперенос топлива, выход газообразных и летучих продуктов делений из топлива, совместимость материалов, коррозия, эрозия, износ оболочки в потоке теплоносителя (debrees - effect), механическое взаимодействие топлива и оболочки. Влияние изменения теплофизических, механических свойств, радиационной ползучести, распухания и радиационного роста материалов на работоспособность твэлов.
7-я неделя
Методы обоснования работоспособности твэлов. Причины и виды повреждения твэлов. Стационарные и переходные режимы работы. Экспериментальные и расчетные методы обоснования надежности и лицензирования твэлов. Критерии работоспособности. Коэффициенты запаса. Основные этапы анализа и обоснования работоспособности твэлов.
Подробное описание конструкций твэлов и ТВС действующих и перспективных энергетических реакторов: ВВЭР-1000, ВВЭР-440, PWR, BWR, РБМК, CANU, БН, Брест, ВТГР, их характеристики и условия эксплуатации. Условия эксплуатации твэлов. Сравнение эксплуатационных показателей топлива различных фирм - производителей: АО "ТВЭЛ", Siemens, Westinghouse, Arriva, BNFL и др. Пути усовершенствования твэлов и ТВС.
8-я неделя
Обоснование работоспособности твэлов по теплофизическим и тепло – гидравлическим критериям. Распределение энерговыделения в активной зоне реактора. Способы задания энерговыделения. Коэффициенты неравномерности энерговыделения и методы их снижение. Расчет среднего и максимального энерговыделения. Энерговыделение в нестационарных и аварийных режимах.
Подогрев теплоносителя. Распределение температуры теплоносителя по высоте активной зоны.
9-я неделя
Компоновка ТВС. Основные требования к ТВС. Число твэлов в ТВС. Конфигурация элементарной ячейки. Относительный шаг решетки. Выбор предельных значений диаметра сердечника и толщины оболочки твэла из условий максимальных температур, себестоимости изготовления, предельных термических напряжений и устойчивости. Исключение или ограничение силового взаимодействия в пучке твэлов
10-я неделя
Геометрические характеристики ТВС и объемный состав рабочей ячейки. Компоновка ТВС с проволочным дистанционированием. Компоновка ТВС с дистанционирующими решетками. Расчет размеров пучка твэлов. Напряжения в чехле ТВС реактора на быстрых нейтронах. Расчет размеров и толщины чехла ТВС реактора на быстрых нейтронах. Взаимодействие ТВС друг с другом и с элементами конструкции корпуса реактора. Распухание и ползучесть чехла. Определение зазоров между ТВС.
11-я неделя
Теплогидравлический расчет ТВС. Теплогидравлический расчет ТВС реакторов на быстрых нейтронах. Определение расхода теплоносителя и максимальной температуры оболочки. Коэффициент трения потока теплоносителя. Расчет диаметра вытеснителя. Гидравлическое сопротивление. Теплогидравлический расчет ТВС реакторов с водой под давлением. Коэффициент теплопередачи. Кризис кипения.
12-я неделя
Распределение температуры по высоте и радиусу твэла. Перепады температур в оболочке и зазоре. Тепловое сопротивление зазора между топливом и оболочкой. Распределение температур по радиусу сердечника. Использование компьютерных кодов (СТСАРТ, ANSYS и др.) для анализа температурных условий эксплуатации твэлов. Ограничение температур и тепловыделений по условиям запаса до плавления, коррозии и совместимости материалов. Допустимая мощность твэла и ТВС.
13-я неделя
Обоснование работоспособности твэлов по критериям прочности. Режимы нагружения элементов конструкций ЯЭУ. Основы прочностных расчетов. Напряженное и деформированное состояние твэлов. Допустимые напряжения и деформации. Длительная прочность. Циклическая усталость. Постановка общей задачи определения напряжений и деформаций в твэле. Система уравнений для описания напряженно-деформированного состояния. Граничные условия. Методы решения. Метод переменных параметров упругости. Метод конечных элементов. Обзор современных компьютерных кодов анализа напряженно - деформированного состояния, работоспособности и ресурса твэлов: "СТАРТ", "LAFE", "SATURN" и др. Сопоставление результатов анализа с опытом эксплуатации твэлов реакторов различного типа. Проблема верификации компьютерных кодов.
14-я неделя
Инженерные методы расчета напряжений и деформаций в твэлах. Модель газового зазора. Условия применимости модели. Выход ГПД. Определения давления под оболочкой твэла. Коэффициент запаса по напряжениям. Расчет объема газосборника в твэлах различного типа. Модель твердого контакта для расчета силового взаимодействия топлива и оболочки. Приближение толстостенного цилиндра. Приближение тонкостенного цилиндра. Равновесные напряжения на оболочке в стационарных режимах эксплуатации твэла. Расчет максимальных деформаций оболочки.
15-я неделя
Устойчивость оболочек твэлов реакторов с водой под давлением. Расчет устойчивости цилиндрических оболочек в упругом приближении. Учет пластических деформаций при расчете устойчивости. Критическое давление потери устойчивости. Критическая эллипсность. Устойчивость эллиптических оболочек. Определение объема газосборника и давления предварительного заполнения при изготовлении твэлов реакторов с водой под давлением.
Структура курса:
Формы контроля:
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
Основная
|
1 |
621.039 б59. |
Бибилашвили Ю.К., Головнин И.С., Малыгин В.Б. / Инженерные расчеты твэлов энергетических реакторов. // Учебное пособие. М.: МИФИ, 1985. |
|
2 |
621.039 М20 |
В.Б. Малыгин. / Эксплуатационные свойства материалов для обоснования проектов твэлов энергетических// Учебное пособие. М:, МИФИ, 2007. |
Дополнительная
|
1* |
621.039 С17 |
Самойлов А.Г., Волков В.С., Солонин М.И./ Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. / М:, Энергоатомиздат, 1996. |
* Книги выдаются в читальном зале.