The 28 reference contexts in paper V. Sorokin V., В. Сорокин В. (2016) “Оценка мощности устройства с вращающимся слоем микротвэльного ядерного топлива // Power assessment for a unit with rotating nuclear microfuel bed” / spz:neicon:vestift:y:2014:i:3:p:98-102

  1. Start
    756
    Prefix
    Для эффективной трансмутации с использованием нейтронов требуются высокие плотности потока, спектр со значительной долей быстрых и резонансных нейтронов. Ряд сеансов облучения определенной длительности по времени, желательно, чередовать с переделами состава отходов
    Exact
    [1–4]
    Suffix
    . Количество излучающих изотопов в отработанном топливе коммерческого реактора составляет порядка 1%, массы отдельных изотопов в загрузке – до нескольких десятков килограммов [3]. Плотность потока нейтронов в активных зонах и продолжительность кампании коммерческих реакторов неоптимальны для трансмутации, величина первого фактора мала, а второго велика.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    938
    Prefix
    Ряд сеансов облучения определенной длительности по времени, желательно, чередовать с переделами состава отходов [1–4]. Количество излучающих изотопов в отработанном топливе коммерческого реактора составляет порядка 1%, массы отдельных изотопов в загрузке – до нескольких десятков килограммов
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Плотность потока нейтронов в активных зонах и продолжительность кампании коммерческих реакторов неоптимальны для трансмутации, величина первого фактора мала, а второго велика. Актуально создание специализированного устройства для трансмутации.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    1282
    Prefix
    Плотность потока нейтронов в активных зонах и продолжительность кампании коммерческих реакторов неоптимальны для трансмутации, величина первого фактора мала, а второго велика. Актуально создание специализированного устройства для трансмутации. Подхо дя щим вариантом могут быть реакторы с микротвэлами, непосредственно охлаждаемыми водой
    Exact
    [5, 6]
    Suffix
    . Шаровой твэл (микротвэл� состоит из топливного ядра, покрытого защитной оболочкой. Обо лочки разделяют топливо и теплоноситель и обеспечивают удержание продуктов деления ядер. Перспективный микротвэл диаметром 1,8 мм состоит из топливного зерна из двуокиси урана диаметром 1,5 мм и трехслойной оболочки толщиной 0,15 мм (пористый углерод, плотный углерод, карбид кремния�.
    (check this in PDF content)

  4. Start
    1807
    Prefix
    Перспективный микротвэл диаметром 1,8 мм состоит из топливного зерна из двуокиси урана диаметром 1,5 мм и трехслойной оболочки толщиной 0,15 мм (пористый углерод, плотный углерод, карбид кремния�. Малое тепловое сопротивление микротвэла создает предпосылки для достижения большой плотности мощности без опасного перегрева топлива
    Exact
    [5]
    Suffix
    . Представляет интерес подвижная засыпка, с возможностью несложной перегрузки на ходу и быстрого рассыпания в гарантированно подкритическую структуру при аварии. Одной из реализаций является устойчивый плотный вращающийся слой микротвэлов в радиально-окружном потоке капельной жидкости внутри вихревой камеры [6–8].
    (check this in PDF content)

  5. Start
    2121
    Prefix
    Представляет интерес подвижная засыпка, с возможностью несложной перегрузки на ходу и быстрого рассыпания в гарантированно подкритическую структуру при аварии. Одной из реализаций является устойчивый плотный вращающийся слой микротвэлов в радиально-окружном потоке капельной жидкости внутри вихревой камеры
    Exact
    [6–8]
    Suffix
    . Схема устройства и фотография слоя приведены на рис. 1, где представлены разрез и сектор слоя. Стенки устройства неподвижные. Вращающийся слой 1 размещен между боковой 2 и торцевыми стенками 3 и имеет четкую внутреннюю границу 4.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    3141
    Prefix
    При пористости около 0,5 слой демонстрирует высокую устойчивость в широком диапазоне толщин: существует десятки часов без потерь частиц, нечувствительный к ориентации относительно вертикали и различным возмущениям (удары, вибрация, переменность расхода жидкости, внедрение предметов в слой�, допускает доРис. 1. Схема устройства и фотография слоягрузку или выгрузку частиц на ходу
    Exact
    [6–9]
    Suffix
    . 99 Теплоотдача микротвэлов. Анализ литературных источников показал, что непосредственно теплоотдача от микротвэлов в составе вращающегося толстого слоя внутри вихревой камеры к воде не определялась.
    (check this in PDF content)

  7. Start
    3348
    Prefix
    Схема устройства и фотография слоягрузку или выгрузку частиц на ходу [6–9]. 99 Теплоотдача микротвэлов. Анализ литературных источников показал, что непосредственно теплоотдача от микротвэлов в составе вращающегося толстого слоя внутри вихревой камеры к воде не определялась. В
    Exact
    [10]
    Suffix
    вращающийся слой в вихревой камере нагревался электрическими токами высокой частоты. Определялось изменение коэффициента гидравлического сопротивления частицы в зависимости от разности температур жидкости на входе и выходе из камеры.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    3591
    Prefix
    В [10] вращающийся слой в вихревой камере нагревался электрическими токами высокой частоты. Определялось изменение коэффициента гидравлического сопротивления частицы в зависимости от разности температур жидкости на входе и выходе из камеры. В
    Exact
    [11]
    Suffix
    высказывается мнение о высоких значениях коэффициента теплопередачи от шара к жидкости и ожидается, что с объема вращающегося слоя микротвэлов высотой 0,6 и диаметром 0,4 м возможно безопасно отвести до 1000 МВт тепловой энергии, что более 13 МВт/л.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    4107
    Prefix
    Предложена модель взаимодействия жидкости и шара внутри вращающегося слоя или неподвижной засыпки. Шар обтекает струя жидкости, сформированная предыдущими рядами шаров. Частица со струей может рассматриваться как элементарная ячейка продуваемого слоя
    Exact
    [7, 11, 12]
    Suffix
    . Значения параметров теплоотдачи слоя можно определить суммированием по соответствующему количеству ячеек. Экспериментально в [10] определены теплоотдача от отдельного нагреваемого шара к струе и теплоотдача от калориметрического шара внутри кубической укладки к фильтрующейся жидкости, установлены обобщенные расчетные формулы.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    4246
    Prefix
    Частица со струей может рассматриваться как элементарная ячейка продуваемого слоя [7, 11, 12]. Значения параметров теплоотдачи слоя можно определить суммированием по соответствующему количеству ячеек. Экспериментально в
    Exact
    [10]
    Suffix
    определены теплоотдача от отдельного нагреваемого шара к струе и теплоотдача от калориметрического шара внутри кубической укладки к фильтрующейся жидкости, установлены обобщенные расчетные формулы.
    (check this in PDF content)

  11. Start
    4864
    Prefix
    Для засыпок на базе фундаментальных принципов установлены однозначные связи между сопротивлением и теплоотдачей. Зная сопротивление вращающегося слоя, на основании этих связей можно рассчитать его теплоотдачу
    Exact
    [13, 14]
    Suffix
    . В [15] проведено численное моделирование как центробежных, так и гравитационных псевдоожиженных слоев. Получены адекватные картины течения фаз, решена задача теплопередачи при разовом ступенчатом увеличении температуры жидкости.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    4875
    Prefix
    Для засыпок на базе фундаментальных принципов установлены однозначные связи между сопротивлением и теплоотдачей. Зная сопротивление вращающегося слоя, на основании этих связей можно рассчитать его теплоотдачу [13, 14]. В
    Exact
    [15]
    Suffix
    проведено численное моделирование как центробежных, так и гравитационных псевдоожиженных слоев. Получены адекватные картины течения фаз, решена задача теплопередачи при разовом ступенчатом увеличении температуры жидкости.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    5368
    Prefix
    При переходе к вращающимся слоям ускорение свободного падения менялось на центробежное ускорение. Известны другие методы расчета теплоотдачи частиц в статических и гравитационных псевдоожиженных слоях
    Exact
    [16–18]
    Suffix
    . В табл. 1 сведены значения чисел Нуссельта (Nu� теплоотдачи шара в составе вращающегося слоя, вычисленные по формулам из перечисленных работ. Параметры слоя рассчитаны по [9] для варианта: 2R = 300 мм, одно центральное отверстие 2R2 = 80 мм; n = 36, d = 1,8 мм, m = 0,07; h0 = 30 мм, d = 2 мм, плотности материала шара rs = 10 г/см3 и жидкости rf = 1 г/см3, высота слоя 80 мм, пористость e = 0
    (check this in PDF content)

  14. Start
    5547
    Prefix
    Известны другие методы расчета теплоотдачи частиц в статических и гравитационных псевдоожиженных слоях [16–18]. В табл. 1 сведены значения чисел Нуссельта (Nu� теплоотдачи шара в составе вращающегося слоя, вычисленные по формулам из перечисленных работ. Параметры слоя рассчитаны по
    Exact
    [9]
    Suffix
    для варианта: 2R = 300 мм, одно центральное отверстие 2R2 = 80 мм; n = 36, d = 1,8 мм, m = 0,07; h0 = 30 мм, d = 2 мм, плотности материала шара rs = 10 г/см3 и жидкости rf = 1 г/см3, высота слоя 80 мм, пористость e = 0,49, давление в ресивере 0,6 МПа, m = 0,17, p2 = 160 кПа, W = 91,6 с–1, Wщ = 16,2 м/с, WR = 13,7 м/с, W2 = 6,41 м/с, U = 1,134 м/с, где R – радиус камеры; радиус центрального
    (check this in PDF content)

  15. Start
    6834
    Prefix
    Численные оценки величины коэффициента теплоотдачи при характерных для толстого вращающегося слоя параметрах также близки. За счет многочисленных аналогичных эмпирических и полуэмпирических зависимостей, рекомендованных для описания тепло- и массобмена частиц в подвижных плотных слоях
    Exact
    [18]
    Suffix
    , табл. 1 могла быть расширена. Поскольку характерные для толстого вращающегося слоя параметры радиальной скорости порядка 1 м/с и размера частицы порядка 1 мм варьируются незначительно, то в нашем случае все формулы дают примерно одинаковые результаты.
    (check this in PDF content)

  16. Start
    7125
    Prefix
    Поскольку характерные для толстого вращающегося слоя параметры радиальной скорости порядка 1 м/с и размера частицы порядка 1 мм варьируются незначительно, то в нашем случае все формулы дают примерно одинаковые результаты. Для расчетов выбрана зависимость
    Exact
    [17]
    Suffix
    Nu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3, где Re = Ud/n, поскольку она представляется консервативной и устанавливает величину теплоотдачи на несколько более низком уровне, чем большинство формул табл. 1. 100 Оценим температуры при теплопередаче от слоя к теплоносителю (воде� для следующего варианта: шар диаметром 2 мм имеет равномерно тепловыделяющее ядро диаметром 1,5 мм с теплопроводностью 3 Вт/(м·К� (диоксид
    (check this in PDF content)

  17. Start
    7932
    Prefix
    Характеристики воды при 20 °С: теплопроводность 0,6 Вт/(м·К�, вязкость 10–6 м2/с, P � = 7, плотность 1 г/см3, теплоемкость 4,2 кВт/(кг·К�, e = 0,5. Радиальная скорость воды 1 м/с, тепловой поток на поверхности шара 1 МВт/м2. Используя известные формулы
    Exact
    [19, 20]
    Suffix
    и значение Nu = 202, вычисленное по приведенной выше формуле, относительно температуры теплоносителя получаем температуры: стенка шара +17 °С, граница топливного ядра +28 °С, центр ядра +251 °С. Подо грев жидкости после прохода через слой составит 25 °С.
    (check this in PDF content)

  18. Start
    8381
    Prefix
    Подо грев жидкости после прохода через слой составит 25 °С. Мощность 1 л слоя 1,5 МВт (для сравнения мощность 1 л активной зоны ВВЭР-1000 0,11 МВт�. Соотношение данных мощностей примерно соответствует соотношению величин нейтронных потоков
    Exact
    [20]
    Suffix
    , следовательно, использование вращающегося слоя микротвэлов действительно позволяет достигать повышенных уровней нейтронного потока. При мощности теплового потока на поверхности шара 1 МВт/м2 температурные параметры топлива оказываются приемлемыми.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    8861
    Prefix
    В силу линейности задачи параметры легко пересчитать на любой другой поток FL (МВт/м2�, умножив на величину FL. Ограничения на значение FL: по условиям надежности топлива температура в центре ядра не должна превышать 1500 °С
    Exact
    [5]
    Suffix
    ; для исключения кипения температура поверхности шара не должна быть выше температуры насыщения, соответствующей давлению в камере [21]. Учет устойчивости. Подогрев теплоносителя сопровождается снижением его плотности и ростом сопротивления засыпки движению жидкости.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    8996
    Prefix
    Ограничения на значение FL: по условиям надежности топлива температура в центре ядра не должна превышать 1500 °С [5]; для исключения кипения температура поверхности шара не должна быть выше температуры насыщения, соответствующей давлению в камере
    Exact
    [21]
    Suffix
    . Учет устойчивости. Подогрев теплоносителя сопровождается снижением его плотности и ростом сопротивления засыпки движению жидкости. Данные расчета изменения параметров слоя при равномерном по течению уменьшении плотности жидкости до уровней на выходе 90 и 80% от начальной плотности приведены в табл. 2.
    (check this in PDF content)

  21. Start
    10029
    Prefix
    УсловиеW, c–1 U*, м/сP, кПаp2, кПаW1, м/сv�� Без изменения плотности теплоносителя91,81,1310516016,21 Уменьшение плотности на выходе из слоя 10%93,11,2410815516,10,99 Уменьшение плотности на выходе из слоя 20%93,51,3810916015,70,91 * Величина на свободной границе слоя. Т а б л и ц а 1. Теплоотдача частицы во вращающемся слое NuОбъектФормулаИсточник 115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n
    Exact
    [17]
    Suffix
    86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,1
    (check this in PDF content)

  22. Start
    10074
    Prefix
    �� Без изменения плотности теплоносителя91,81,1310516016,21 Уменьшение плотности на выходе из слоя 10%93,11,2410815516,10,99 Уменьшение плотности на выходе из слоя 20%93,51,3810916015,70,91 * Величина на свободной границе слоя. Т а б л и ц а 1. Теплоотдача частицы во вращающемся слое NuОбъектФормулаИсточник 115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n[17] 86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e
    Exact
    [16]
    Suffix
    98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный сло
    (check this in PDF content)

  23. Start
    10183
    Prefix
    Теплоотдача частицы во вращающемся слое NuОбъектФормулаИсточник 115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n[17] 86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n
    Exact
    [14]
    Suffix
    95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25 [15]* * Формулы преобразованы для единообразия представления д
    (check this in PDF content)

  24. Start
    10243
    Prefix
    Теплоотдача частицы во вращающемся слое NuОбъектФормулаИсточник 115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n[17] 86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH
    Exact
    [14]
    Suffix
    159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25 [15]* * Формулы преобразованы для единообразия представления данных. 101 С увеличением размера камеры устойчивость шара на сво
    (check this in PDF content)

  25. Start
    10291
    Prefix
    Теплоотдача частицы во вращающемся слое NuОбъектФормулаИсточник 115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n[17] 86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655
    Exact
    [10]
    Suffix
    119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25 [15]* * Формулы преобразованы для единообразия представления данных. 101 С увеличением размера камеры устойчивость шара на свободной поверхности уменьшается.
    (check this in PDF content)

  26. Start
    10344
    Prefix
    115ЗасыпкаNu = 2 + 1,1Re0,6P�1/3; Re = Ud/n[17] 86ЗасыпкаNu = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0
    Exact
    [10]
    Suffix
    97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25 [15]* * Формулы преобразованы для единообразия представления данных. 101 С увеличением размера камеры устойчивость шара на свободной поверхности уменьшается.
    (check this in PDF content)

  27. Start
    10416
    Prefix
    = 0,39Ree0,64P�1/3; Ree = Re/e[16] 98ЗасыпкаNue = 0,64Nu = 0,145(zRe2 3�0,25P�1/3; z = (Dp/H�(2d e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21
    Exact
    [13]
    Suffix
    138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25 [15]* * Формулы преобразованы для единообразия представления данных. 101 С увеличением размера камеры устойчивость шара на свободной поверхности уменьшается.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    10512
    Prefix
    e/rfUe 2�; U e = U/e; de = 2ed/3(1 - e�; Re2 = Uede/n[14] 95ЗасыпкаNu = ad/lf; a = 0,145lf (2WP/n3�0,25; WP = UDp/rfH[14] 159Шар в кубической укладкеNu = 0,63Ree0,655[10] 119-170Шар в струеNu = 0,56C1Re0,74, C1 = 0,7-1,0[10] 97-153ЗасыпкаNue = 4 + C2(144Re22 + 1,5Re23�0,25P�1/3, C2 = 0,13-0,21 [13] 138Вращающийся псевдо-ожиженный слойNu = C3ReP �1/3; C3 = 0,043((W2Rd/U2�(rs - rf�t2/rf�0,25
    Exact
    [15]
    Suffix
    * * Формулы преобразованы для единообразия представления данных. 101 С увеличением размера камеры устойчивость шара на свободной поверхности уменьшается. Данный эффект иллюстрируется рис. 2. Камеры ряда радиусов сравниваются с устройством радиусом 150 мм.
    (check this in PDF content)