Математическая модель реакторной части

В основу формирования математической модели реакторной части АСПТ положен принцип модульного программирования. Формирование программных модулей (блоков) происходит по функциональному признаку, при котором каждый отдельный блок решает свою отдельную задачу, а все вместе решают задачу комплексной оптимизации РЧ АСПТ. Математическая модель РЧ АСПТ состоит из нескольких блоков, связанных между собой строгой последовательностью расчета (рис. 6.2).

Исходные данные, которые в процессе оптимизации не меняются, условно можно разделить на две группы: экономические и конструктивно-технологические. К экономическим исходным данным отнесены стоимостные показатели ядерного топлива и конструкционных материалов, стоимости изготовления элементов РЧ и тл. Конструктивно-технологические исходные данные включают параметры конструктивно-компоновочных решений, характерных для данного типа установки, нейтронно-физические константы АЗ и тл.

В блоке вычисления конструктивных параметров и характеристик выполняется конструктивно-прочностной расчет основного корпуса реактора, определяются геометрические и весовые характеристики активной зоны, внутрикорпусных элементов строительной части реакторного отделения и других элементов.

Теплогидравлический расчет АЗ реактора проводится для определенного отдельного тепловыделяющего канала. Расчет выполняется при следующих допущениях: течение теплоносителя в канале одномерное, т.е. все его параметры рассчитываются только как функции координаты z, где z — координата вдоль оси канала в направлении движения теплоносителя; перенос тепла в осевом направлении по горючему и оболочке ТВЭЛа считается малым по сравнению с радиальным переносом. Теплогидравлический расчет канала делается при заданных геометрии канала, его тепловой мощности, температуре и давлении теплоносителя на входе в канал и синусоидальном законе распределения тепловыделения по высоте канала.

Для расчетов РЧ и ТТЧ создана программа определения свойств воды и водяного пара по уравнениям. В зависимости от заданных параметров могут быть определены величины v, s,x и t в любом сочетании. Здесь v — удельный объем, s — энтропия, х — относительная энтальпия. Величины коэффициентов динамической вязкости и теплопроводности определяются по уравнениям как функции t и v.

Теплогидравлический расчет активной (тепловыделяющей) части канала сводится к решению следующей совокупности балансовых уравнений, которые характеризуют условия сохранения энергии, количества движения и вещества при тепловых процессах, происходящих в активной зоне реактора [49, 50]:

Ограничения (6.20) н (6.21) характеризуют соответственно наличие цепной реакции и саморегулирование мощности в ядерном реакторе.

Завершающим расчетом в математической модели РЧ АСПТ является расчет приведенных затрат по РЧ АСПТ. При этом рассматриваются только те составляющие издержек и капиталовложений, величины которых меняются при изменении параметров реактора. Для сопоставления вариантов выполняется условие неизменности мощности реакторной установки. Изменение внешних системных связей с ТТЧ, с системой теплоснабжения и системой ядерной энергетики происходит: по тепловой энергии — за счет изменения параметров отпускаемой РЧ тепловой энергии; по первичному топливу — за счет величины обогащения и потребления ядерного топлива; по вторичному топливу — за счет изменения количества и качества воспроизведенного топлива.

Таким образом, при варьировании совокупности параметров реактора изменяются следующие показатели РЧ АСПТ: параметры тепловой энергии, отпускаемой РЧ; количество и качество первичного и вторичного топлива; переменная часть приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию РЧ АСПТ.

Переменная часть приведенных затрат включает составляющие капиталовложений и ежегодных издержек эксплуатации. Составляющие капиталовложений включают: стоимость изготовления ТВЭЛов и регулирующих стержней, стоимость используемых в них материалов; стоимость основного корпуса реактора, крышки корпуса реактора, страховочного корпуса реактора; стоимость строительной части реакторного отделения, которая рассчитывается по удельным стоимостям единицы объема строительного сооружения реакторного отделения. Составляющие ежегодных издержек эксплуатации включают: затраты на изготовление ТВЭЛов и регулирующих стержней и затраты на материалы, используемые в них в течение года; затраты на амортизацию и текущий ремонт перечисленного выше оборудования и сооружений РЧ АСПТ.

Исследование систем теплоснабжения/Л.C. Попырин, К.С. Светлов, Г.М. Беляева и др. М.: Наука, 1989.