satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2023-22-4-326-332sat-2696Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGГидродинамика теплоносителя в активной зоне реактора PWR с ТВС-Квадрат разных конструкцийCoolant Hydrodynamics in the PWR Reactor Core with TVS-Kvadrat of Various DesignsДмитриевС. М.DmitrievS. M.

Доктор технических наук, профессор

Адрес для переписки:Дмитриев Сергей Михайлович – Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева,ул. Минина, 24,603950, г. Нижний Новгород, Российская Федерация.Тел.: +7 831 436-23-25 dmitriev@nntu.ru

 

Address for correspondence:Dmitriev Sergei M. – Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev,24, Minina str.,603950, Nizhny Novgorod, Russian Federation.Tel.: +7 831 436-23-25dmitriev@nntu.ru

dmitriev@nntu.ruБуровА. Л.BurovA. L.

Инженер

Минск

Minsk

ДемкинаТ. Д.DemkinaT. D.

Аспирант

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ДобровА. А.DobrovA. A.

Инженер

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ДоронковД. В.DoronkovD. V.

Кандидат технических наук

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ДоронковаД. С.DoronkovaD. S.

Аспирант

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

КурицинД. Д.KuritsinD. D.

Магистр

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ПронинА. Н.ProninA. N.

Инженер

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

РязановА. В.RyazanovA. V.

Аспирант

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

СолнцевД. Н.SolntsevD. N.

Кандидат технических наук

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. АлексееваРоссияNizhniy Novgorod State Technical University named after R. E. AlekseevRussian FederationБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202307082023224326332Copyright © Дмитриев С.М., Буров А.Л., Демкина Т.Д., Добров А.А., Доронков Д.В., Доронкова Д.С., Курицин Д.Д., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Солнцев Д.Н., 20232023Дмитриев С.М., Буров А.Л., Демкина Т.Д., Добров А.А., Доронков Д.В., Доронкова Д.С., Курицин Д.Д., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Солнцев Д.Н.Dmitriev S.M., Burov A.L., Demkina T.D., Dobrov A.A., Doronkov D.V., Doronkova D.S., Kuritsin D.D., Pronin A.N., Ryazanov A.V., Solntsev D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2696

 В статье приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики теплоносителя в активной зоне реактора PWR c ТВС-Квадрат разных конструкций. Экспериментальные исследования гидродинамики заключались в изучении полей скоростей и процесса поперечного перетекания теплоносителя между соседними ТВС-Квадрат разных конструкций в однородной и смешанной активных зонах на масштабных экспериментальных моделях, включающих в себя фрагменты двух соседних ТВС-Квадрат и зазор между ними. Экспериментальные модели отличаются количеством установленных решеток. Это обусловлено тем, что в однородной активной зоне гидравлическая нагрузка по высоте ТВС идентична, а в смешанной – неравномерна из-за разного количества установленных решеток. Гидродинамика теплоносителя изучалась на аэродинамическом исследовательском стенде с учетом теории гидродинамического подобия с использованием пневмометрических датчиков с индивидуальной тарировкой. На основании полученных данных построены поля локальных осевых и поперечных скоростей в различных сечениях по длине исследуемого участка экспериментальных моделей. Изучены поля локальных безразмерных поперечных и аксиальных скоростей потока в твэльных пучках и зазоре между ТВС-Квадрат активной зоны реактора PWR. Выявлены особенности процесса поперечного перетекания потока между соседними ТВС-Квадрат однородной и смешанной активной зон реактора PWR. Результаты экспериментальных исследований переданы разработчику ТВС-Квадрат АО «ОКБМ Африкантов» для дальнейшего использования при обосновании конструкции и режимов работы ядерной энергетической установки.

. The paper presents the results of experimental studies of the hydrodynamics of the coolant in the core of the PWR reactor with fuel assemblies “TVS-Kvadrat” of various designs. Experimental studies of hydrodynamics consisted in studying the velocity fields and the process of cross-flow of coolant between adjacent fuel assemblies “TVS-Kvadrat” of various designs in homogeneous and mixed cores on large-scale experimental models, including fragments of two adjacent fuel assemblies “TVS-Kvadrat” and a gap between them. The test models differ in the number of installed grids, this is due to the fact that in a homogeneous core the hydraulic load along the height of the fuel assemblies is identical, and in a mixed core the hydraulic load is uneven due to the different number of installed grids. The hydrodynamics of the coolant has been studied on an aerodynamic open-loop based on the theory of hydrodynamic similarity, using individually calibrated pneumometric sensors. Based on the data obtained, the fields of local axial and transverse velocities in various sections along the length of the studied section of the test models have been constructed. The fields of local dimensionless transverse and axial flow velocities in the fuel bundles and the gap between the fuel assemblies “TVS-Kvadrat” of the PWR reactor core have been studied. Peculiarities of the process of transverse flow between adjacent “TVS-Kvadrat” of a homogeneous and the mixed core of the PWR reactor have been revealed. The results of experimental studies have been transferred to the developer of “TVS-Kvadrat”, that is  JSC “Experimental Design Bureau of Mechanical Engineering named after I. I. Afrikantov”,  for further use in justifying the design and operating modes of a nuclear power plant.

 

 

ядерный реакторактивная зонаТВС-Квадратперемешивающая и дистанционирующая решеткастабилизирующая решеткагидродинамика теплоносителяпоперечное перетекание потокаnuclear reactorcoreTVS-Kvadratmixing and spacer gridstabilizing spacer gridcoolant hydrodynamicscoolant cross flowРабота выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (тема № FSWE–2021–0008ReferencesТопливо для ВВЭР и PWR. Современное состояние и перспективы / Д. Л. Зверев [и др.] // Атомная энергия. 2020. Т. 129, № 2. С. 63–64.Zverev D. L., Samoilov O. B., Romanov A. I., Panov V. A., Fal’kov A. A., Sholin E. V., Zotov S. A. (2020) Fuel for Vver and PWR: Current Status and Prospects. Atomic Energy, 129 (2), 51–53. https://doi.org/10.1007/s10512-021-00720-z.Основное оборудование АЭС с корпусными реакторами на тепловых нейтронах / С. М. Дмитриев [и др.]. М.: Машиностроение. 2013. 413 c.Dmitriev S. M., Zverev D. L., Bykh O. A., Panov Yu. K., Sorokin N. M., Farafonov V. A. (2023) The Main Equipment of Nuclear Power Plants with Thermal Reactors. Moscow, Mashinostroenie Publ. 413 (in Russian).Hydrodynamic Analysis of a Flow in a Mixed Core / A. S. Noskov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1359, Is. 1. P. 012084. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1359/1/012084.Noskov A. S., Falkov A. A., Shipov D. L., Lukyanov V. E., Morozkin O. N. (2019) Hydrodynamic Analysis of a Flow in a Mixed Core. Journal of Physics: Conference Series, 1359, 012084. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1359/ 1/012084.Bieder, U. CFD analysis of Intra and Inter Fuel Assembly Mixing / U. Bieder, C. Genrault // Annals of Nuclear Energy. 2020. Vol. 135. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2019.106977.Bieder U., Genrault C. (2020) CFD Analysis of Intra and Inter Fuel Assembly Mixing. Annals of Nuclear Energy, 135, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2019.106977.Bieder, U. Hydraulic Forces Acting on Full Cross Section Fuel Assemblies with 17×17 Fuel Rods / U. Bieder, C. Genrault, P. Ledac // Progress in Nuclear Energy. 2020. Vol. 130. Р. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103515.Bieder U., Genrault C., Ledac P. (2020) Hydraulic Forces Acting on Full Cross Section Fuel Assemblies with 17×17 Fuel Rods. Progress in Nuclear Energy, 130, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103515.Influence of Spacer Grid Outer Strap on Fuel Assembly Thermal Hydraulic Performance / W. Li [et al.] // Science and Technology of Nuclear Installations. 2014. Vol. 2014. P. 1–10. https://doi.org/10.1155/2014/602062.Yan J., Zhang Y., Yang B., Li W., Zhou Y. Influence of Spacer Grid Outer Strap on Fuel Assembly Thermal Hydraulic Performance. Science and Technology of Nuclear Installations, 2014, 1–10. https://doi.org/10.1155/2014/602062.Semi-Analytical Modeling of the Flow Redistribution Upstream From the Mixing Grids in a Context of Nuclear Fuel Assembly Bow / G. Campioni [et al.] // Nuclear Engineering and Design. 2021. Vol. 371. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2020.110940.de Lambert S., Cardolaccia J., Faucher V., Thomine O., Leturcq B., Campioni G. (2021) Semi-analytical modeling of the Flow Redistribution Upstream From the Mixing Grids in a Context of Nuclear Fuel Assembly Bow. Nuclear Engineering and Design, 371, 1–16. https://doi.org/10.1016/j.nuceng des.2020.110940.Гухман, А. А. Введение в теорию подобия / А. А. Гухман. Изд. 2-е доп. и перераб. М.: Высшая школа, 1973. 296 c.Gukhman A. A. (1973) Introduction to Similarity Theory. 2nd ed. Moscow, Vysshaya Shkola Publ. 296 (in Russian).Гидродинамические особенности течения теплоносителя за перемешивающей дистанционирующей решеткой ТВС-Квадрат реактора PWR / О. Б. Самойлов [и др.] // Теплоэнергетика. 2019. № 4. С. 32–38. https://doi.org/10.1134/S0040363619040076.Samoilov O. B., Noskov A. S., Shipov D. L., Dmitriev S. M., Dobrov A. A., Doronkov D. V., Legchanov M. A., Pronin A. N., Solntsev D. N., Sorokin V. D., Khrobostov A. E. (2019) Hydrodynamic Features of the Flow Downstream from the Mixing Spacer Grid in a Kvadrat Fuel Assembly in PWRS. Thermal Engineering, 66 (4), 243–248. https://doi.org/10.1134/S0040601519040074.Изучение гидродинамических процессов течения теплоносителя в ТВС-Квадрат реактора PWR с различными перемешивающими дистанционирующими решетками / С. М. Дмитриев [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. 2018. Т. 25, № 5. С. 725–734.Dmitriev S. M., Dobrov A. A., Doronkov D. V., Pronin A. N., Solntsev D. N., Sorokin V. D., Khrobostov A. E. (2018) The Study of Hydrodynamic Processes of a Coolant Flow in FA-Kvadrat PWR with Various Mixing Spacer Grids. Thermophysics and Aeromechanics, 25 (5), 695–703. https://doi.org/10.1134/S0869864318050062.Закономерности формирования потока теплоносителя за перемешивающей дистанционирующей решеткой ТВС-Квадрат реактора PWR / С. М. Дмитриев [и др.] // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 3. С. 258–268.Dmitriev S. M., Dobrov A. A., Doronkov D. V., Khrobostov A. E., Pronin A. N., Ryazanov A. V., Sorokin V. D., Yudin A. V. (2018) Regularities of the Coolant Flow Formation Behind the Mixing Grid TVS-Kvadrat for PWR. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (3), 258–268. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-258-268 (in Russian).Применение многоканального пневмометрического зонда для исследования профиля скорости теплоносителя в моделях топливных кассет ядерных реакторов / С. М. Дмитриев [и др.] // Приборы и методы измерений. 2015. Т. 6. № 2. С. 188–195.Dmitriev S. M., Dobrov A. A., Legchanov M. A., Khrobostov A. E. (2015) Application of Multihole Pressure Probe for Research of Coolant Velocity Profile in Nuclear Reactor Fuel Assemblies. Pribory i Metody Izmereniy = Devices and Methods of Measurements, 6 (2), 188–195 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.