Математичне моделювання та дослідження теплових процесів активної зони малих модульних реакторів з кульовими твелами
Автор: Стратийчук Кристина Романівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Стратийчук К.Р. , Семерак М.М. (керівник). Математичне моделювання і дослідження теплових процесів в активній зоні малих модульних реакторів з кульовими ТВЕЛами. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська Політехніка», Львів, 2024. Розширена анотація В даній роботі було розглянуто сучасний стан атомної енергетики України та світу, конструктивні особливості новітніх ядерноенергетичних установок 4-го покоління та їх типи (за даними МАГАТЕ їх існує 5 типів), область їх застосування, також реалізація міні-АЕС. Перспектива ММРів полягає в тому що вони можуть задовольнити потребу в гнучкому виробництві електроенергії для більш широкого кола користувачів і програм, в тому числі заміна застарілих електростанцій на викопному паливі, забезпечення когенерації для країн, що розвиваються, з малою електроенергією мережі, віддалені та поза мережевими районами, а також створення гібридних систем ядерної/відновлюваної енергії. Основна увага була приділена ВТГР з кульовим ТВЕЛом в якого паливо типу ТRISO, в яких графіт не допускає розплавлення активної зони, оскільки точка його плавлення перевищує 3000°С. Газоохолоджувані реактори такої конструкції мають високий рівень пасивної безпеки. Також ВТГР можна використовувати у різних галузях виробництва (такі як металургія, хімія, нафтова промисловість). Дослідження і розробку конструкцій таких ядерних реакторів і розвиток технологій застосування ядерної теплової енергії проводять у Німеччині, Японії, США, ПАР, Китаї. Кульовий ТВЕЛ є основним найбільш напруженим елементом ядерного реактора, основу якого складає активний об’єм, заповнений ядерним паливом. Сферична форма є оптимальною для забезпечення однакової тепловіддачі по всій поверхні. У активній зоні ядерного реактора питоме тепловиділення досягає 108 - 109 Вт/м3 , в той час як у інших джерелах тепла це значення не перевищує 107 Вт/м3. Проведено математичне моделювання та дослідження зміни температури в ТВЕЛі вздовж радіусу кульового ТВЕЛа при різних значеннях коефіцієнту теплопровідності реакторного графіту (який приймав значення 150, 100, 400 Вт/ мК) та питомого тепловиділення та радіусу. Вираз для розрахунку зміни температури кульового ТВЕЛа вздовж радіусу було знайдено з розв’язку диференціального рівняння 2-го порядку, для знаходження його значень було двічі проінтегровано, при використанні граничних умов r=0 dt/dr=0, і r =R, t(R) = t (поверхні) отримується закон зміни температури у ТВЕЛі вздовж радіусу. Аналіз отриманих розрахунків дозволяє зробити висновок, що найбільше значення температури в кулі буде досягатися в центрі. Мета роботи — Дослідити теплові процеси в кульових ТВЕЛах активної зони реакторів. Об’єкт досліджень – Активна зона малих модульних реакторів з кульовими ТВЕЛами. Предмет досліджень – Дослідження залежності температурного поля кульового ТВЕЛа від величини тепловиділення, його радіусу і теплофізичних параметрів палива. При r = 0,03 м отримано такі значення t0= 900?C, t1= 895 ?C, t2= 878 ?C, t3 = 850 ?C, qv = 5?108 Вт/м3, ?= 150 Вт/ м?К. Ключові слова: температурне поле, кульовий ТВЕЛ, активна зона, теплопровідність, високотемпературний газовий реактор, АЕС. 1. AP300 Small Modular Reactor. Shaping Tomorrow’s Energy | Westinghouse Electric Company. https://www.westinghousenuclear.com/energy-systems/ap300-smr 2. ADVANCES IN SMALL MODULAR REACTOR TECHNOLOGY DEVELOPMENTS A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) http://aris.iaea.org (2020). 3. ADVANCES IN SMALL MODULAR REACTOR TECHNOLOGY DEVELOPMENTS A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) http://aris.iaea.org (2022). 4. ADVANCES IN SMALL MODULAR REACTOR TECHNOLOGY DEVELOPMENTS Edition A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) http://aris.iaea.org (2016).