Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 5. 31 januari 1956 - Värmeteknik inom atomkraftverk, av P H Margen
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
i O januari 1956
89
ett gasfyllt utrymme för expansioner. Dess
nackdelar är den extra neutronabsorptionen i vätskan
samt ökade komplikationer och därmed ökade
tillverkningskostnader.
Problemet med värmetransporten vid
kapsling-ens yta löses genom att man åstadkommer
tillräcklig överföringsyta, antingen genom
bränsleelement i form av tillräckligt tunna band eller
stavar med tillräckligt liten diameter eller genom
att förse kapslingen med flänsar. Den senare
lösningen används endast vid vissa gaskylda
reaktorer där värmeöverföringstalen är små (fig. 5).
En ökning av kapslingens yta orsakar en direkt
reaktivitetsförlust i reaktorn vilket måste
kompenseras exempelvis genom mera
moderatormaterial eller högre anrikning av bränslet.
Kostnaden härför måste jämföras med kostnaden för
’ alternativa metoder att förbättra
värmeöverföringen (t.ex. ökning av hastigheten eller trycket
hos kylmediet) innan man beslutar sig för att
öka ytan.
Värmeöverföring vid olika kylmedier
Största värmeflöde
Det största värmeflöde, som kan uppnås vid
överföring av värme från kapslingens yta till
kylmediet, beror huvudsakligen på vilken typ av
kylmedium som väljs. För helium, vatten,
kokande vatten och flytande natrium är
förhållandet mellan de största värmeflöden som kan
erhållas approximativt 1 : 5 : 6 : 27 (tabell 1).
En ökning av strömningshastigheten ökar i
regel värmeövergångstalet. Största hastigheten för
gaser bestäms i allmänhet av ekonomiska
faktorer, t.ex. pumpeffekten, medan den för vätskor
mera bestäms av hänsyn till yterosionen, vilken
omöjliggör de mycket höga hastigheter, som
kunde vara motiverade av enbart ekonomiska
skäl. Största värmeflödet för vatten bestäms
också av att de tillåtna temperaturdifferenserna
mellan bränsleelementens yta och vattnet är
relativt små vid rimliga vattentryck.
Värmeöverföring vid kokning beror väsentligen
på en transport av sinå ångbubblor från
väggytan, där de bildas, in i medieströmmen.
Bubblorna bidrar till att slå sönder det laminära
gränsskiktet och åstadkommer god
värmeöverföring även vid relativt små flödeshastigheter.
Vid ett visst värmeflöde förenar sig bubblorna
och bildar en ångfilm som överhettas, varvid
bränsleelementet och röret bränns sönder
("burn-out"). Med hänsyn härtill måste en
lämplig säkerhetsfaktor tas med i beräkningen.
Vid flytande metaller sker värmeövergången
väsentligen genom ledning, varför
värmeövergångstalet är mycket större än för andra vätskor
och i mindre grad påverkas av
strömningshastigheten. Under normala förhållanden varierar
värmeövergångstalen för flytande metaller
ungefär proportionellt med (hastigheten)0-4 (tabell 2).
Tabell 2. Formler för värmeövergångstal och
friktions-faktor
Värmeöverföringssamband
1. Gaser och icke-metalliska vätskor8 Nu = 0,023 Re0’8 Pr
2. Flytande metaller7 Nu + 0,025 (Re Pr)08
æ 2 (Re Pr)0 i
3. Kokande vatten vid överhettningsflöde ("burn-out") ca
70 at a8 q" = 40 (Wq)02S A ts022
Friktionsfaktor
4. Gaser och vätskor ß = 0,184 Re_0-2
5. Kokande vatten8 ß —3 gånger värdena i formel 4
Nu är Nusselts tal oc dH, Re Reynolds tal w Q d/t], Pr
Prandtls tal cp rj/X, oc värmeövergångstal, d hydraulisk
diameter, A värmeledningsförmåga, w hastighet, rj viskositet,
Q täthet, cp specifikt värme, q" överhettningsflöde
("burn-out flux") i W/cm2, w Q massflöde i g/cm2 s, A ts
mätt-ningstemperatur — vätskans medeltemperatur °C, ß =
= 2 d A pH o uf friktionsfaktor (A p tryckförlust).
Maximal värmetransport i kylkanalerna
I vissa reaktorer begränsas bränsleelementens
specifika effekt inte av värmeövergångstalet
utan av kylmediets värmekapacitet. Denna
förhåller sig ungefär som 1 : 5 : 4 : 4 (tabell 1).
Det förtjänar påpekas att flytande metaller ur
denna synpunkt icke har något företräde
framför vatten. Det bör också observeras (13 i tabell
1) att reaktorkärnans längd har ett starkt
inflytande på specifika effekten.
Med en kärnlängd på 8 m, som kan förekomma
i en grafitmodererad reaktor, uppnår man en
maximal värmeeffekt med flytande natrium av
endast ca 14 MW/t, medan däremot vid 0,8 m
kärnlängd, exempelvis i en snabb reaktor,
maximala värmeeffekten skulle bli ca 180 MW/t, dvs.
ungefär lika med den gräns som måste sättas
med hänsyn till överföringsytorna. Det är
därför uppenbart att de flytande metallernas goda
värmeöverföringsegenskaper bäst kan utnyttjas
i reaktorer med liten kärna.
Specifik effekt
Neutronflödet och specifika effekten P/m i
termiska reaktorer är störst i reaktorns centrum
och avtar mer eller mindre kraftigt utåt, såvida
inte speciella åtgärder för utjämning av flödet
vidtas. Följaktligen är medelvärdena av
specifika effekten mindre än maximivärdena (14 i
tabell 1).
För reaktorer med mycket stor kärna,
exempelvis grafitmodererade reaktorer, kan alla fyra
kylmediumtyperna användas. De realiserbara
specifika effekterna varierar endast inom ett
område av ca 1 : 3 för olika kylmedier. Tabell 1
visar ett variationsområde 1 : 5, men i praktiken
blir det mindre, emedan de i tabellen förutsatta
vatten- eller natriumvolymerna blir mindre vid
grafitreaktorer.
I praktiken har man byggt grafitmodererade
reaktorer med gas, vatten och flytande natrium
som kylmedium i England, Ryssland och USA.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
