ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА И УСТОЙЧИВОСТИ ЦИРКУЛЯЦИИ ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ В СБОРКАХ РЕАКТОРОВ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

摘要

Обоснование безопасности реакторов на быстрых нейтронах в аварийных режимах (ULOF, UTOP) обусловливает изучение режимов активной зоны с пониженными расходами теплоносителя или при естественной конвекции. В настоящей работе представлены результаты исследований по теплообмену и устойчивости циркуляции при кипении натрия и натрий-калиевого сплава на моделях одиночных тепловыделяющих сборок (ТВС) и в системе параллельных ТВС при естественной циркуляции теплоносителя. Показано, что процесс кипения жидких металлов в ТВС имеет сложную структуру, характеризуется как устойчивыми, так и пульсационными режимами со значительными колебаниями расхода, давления, температуры при последующем возникновении кризиса теплообмена. Гидродинамическое взаимодействие контуров циркуляции с системой параллельных ТВС может приводить к значительному увеличению амплитуды колебаний расхода теплоносителя в них (резонанс пульсаций расхода) и возможному "запиранию" или инверсии расхода теплоносителя, росту температуры теплоносителя и оболочки твэлов (эффект межканальной неустойчивости) и кризису теплообмена. Сравниваются данные расчетных и экспериментальных исследований кипения жидкого металла в моделях ТВС. Демонстрируется влияние шероховатости поверхности твэлов на теплообмен и режимы течения при кипении жидкого металла в пучках. Экспериментально показано, что при расположении в ТВС натриевой полости (НП), предназначенной для компенсации положительного натриевого пустотного эффекта реактивности при кипении натрия, не происходит запаривания НП и изменения режима кипения в ТВС. Таким образом, существует возможность продолжительного охлаждения твэлов в ТВС. Обобщены данные по теплоотдаче при кипении жидких металлов в пучках, построена картограмма режимов течения двухфазного потока жидких металлов в пучках, существенно отличающаяся от картограммы режимов течения пароводяного потока. Границы между режимами течения аппроксимируются довольно простыми зависимостями.