Metody i Technologie Jądrowe



Pobieranie 129.02 Kb.
Strona1/7
Data06.05.2016
Rozmiar129.02 Kb.
  1   2   3   4   5   6   7


 Opracowanie zaliczeniowe z przedmiotu
"Metody i Technologie Jądrowe"
Uczelniana Oferta Dydaktyczna PW,
Prowadzący: prof. dr hab. Jan Pluta
r. a. 2008/2009

Problemy cieplne w reaktorach jądrowych

Adam Dominiak

Wydział MEiL

Semestr 7. studiów inżynierskich



Numer albumu: 202164




Warszawa, luty 2009




Spis treści

Warszawa, luty 2009 1

1.Mechanizmy wymiany ciepła 5

Wstęp 5

Termodynamika a wymiana ciepła 5



Wymiana ciepła w technice 6

Przewodzenie ciepła 6

Konwekcja 7

Promieniowanie 8

Obszary zastosowania wymiany ciepła 10

2. Fizyka reaktorów jądrowych 12

Wstęp 12

Reakcja rozszczepienia 13

Uwolnienie i dyssypacja energii 13

Mnożenie neutronów 15

Produkty rozszczepienia 15

Właściwości paliwa 16

Gospodarka neutronami w rdzeniu 17

Rdzeń reaktora 18

3. Przegląd technologii reaktorów jądrowych. 20

Reaktory PWR II Generacji 20

Reaktory BWR II Generacji 27

Reaktory ciężkowodne (HWR) 30

Reaktory gazowe (GCR) 31

Reaktory kanałowe (RBMK) 32

Reaktory III Generacji 32

ABWR (Advanced Boiling Water Reactors) 33

ESBWR (Economic and Simplified Boiling Water Reactors) 33

AP600 33


AP1000 33

EPR (European Pressurized Reactor lub Evolutionary Power Reactor) 34

Reaktory ciężkowodne 34

Reaktory gazowe 34

Reaktory IV Generacji 34

SWCR (Supercritical Water-Cooled Reactors) 35

LFR (Lead-Cooled Fast Reactors) 36

MSR (Molten-Salt Reactors) 37

GFR (Gas-Cooled Fast Reactors) 38

VHTR (Very High Temperature Fast Reactors) 39

SFR (Sodium-Cooled Fast Reactors) 39

Bibliografia 41

Spis rysunków 42



  1. Mechanizmy wymiany ciepła

Wstęp


Wymiana ciepła jest zjawiskiem zachodzącym wówczas, gdy istnieje różnica temperatur wewnątrz pewnego układu lub między kilku układami mogącymi wzajemnie na siebie oddziaływać. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki następuje wtedy wymiana energii, przy czym część układu czy też układ o temperaturze wyższej oddaje energię układowi o temperaturze niższej. Rozważania dotyczące takich przypadków są przedmiotem nauki o wymianie ciepła. Związki ilościowe określające ilości wymienianej energii podlegają pierwszej zasadzie termodynamiki. Tak więc nauka o wymianie ciepła wiąże się w sposób zasadniczy i dość bliski z termodynamiką.

Dlatego na początku zostaną przedstawione podstawowe zasady termodynamiki, która stanowi fundament wymiany ciepła. Najpierw zostanie przedstawiona zależność ciepła do innych form przekazywania energii, a także bilans energii, aby następnie przejść do omówienia podstawowych mechanizmów wymiany ciepła, tj.: przewodzenie, konwekcja oraz promieniowanie.


Termodynamika a wymiana ciepła


Energia istnieje w wielu różnych formach. Główną poruszaną w pracy jest ciepło, które jest formą energii, która może zostać przetransferowana z jednego układu do innego za pomocą różnicy temperatur. Za pomocą analizy termodynamicznej możemy określić ilość ciepła wymienianego przez dany układ ulegający dowolnemu procesowi – przejściu z jednego stanu równowagi do drugiego. Jednak termodynamika nie odpowiada na pytanie jak długo zmiana taka będzie trwała. Analiza termodynamiczna po prostu mówi nam ile ciepła musi zostać wymienionego aby zrealizować określoną zmianę stanu równowagi w aspekcie spełnienia zasady zachowania energii. W praktyce jesteśmy bardziej zainteresowani tempem wymiany ciepła. Dla przykładu: jesteśmy ciekawi w jak długim czasie kawa w termosie ochłodzi się z 90°C do 80°C a nie tylko samą informacją ile ciepła zostanie wymienione.

Termodynamika dotyczy stanów równowagi oaz zmian pomiędzy poszczególnymi stanami równowagi, natomiast wymiana ciepła traktuje o układach, w których brak jest równowagi termodynamicznej, zatem jest to zjawisko nierównowagowe. Dlatego wymiana ciepła nie może polegać tylko na podstawowych zasadach termodynamiki. Niemniej jednak prawa termodynamiki stanowią fundament nauki o wymianie ciepła. Pierwsze prawo termodynamiki wymaga, aby ilość energii doprowadzonej do układu była równa wzrostowi energii układu. Drugie prawo termodynamiki wymaga, aby energia była wymieniana od ośrodka o temperaturze wyższej do ośrodka o temperaturze niższej.

Podstawowym wymogiem zaistnienia wymiany ciepła jest obecność różnicy temperatur. Niemożliwym jest osiągnięcie wymiany ciepła netto pomiędzy dwom ciałami o tej samej temperaturze. Różnica temperatur jest siłą napędową wymiany ciepła, tak jak różnica potencjałów dla przepływu elektrycznego, a różnica ciśnień dla przepływu płynu. Wielkość wymiany ciepła w wybranym kierunku jest zależny od wielkości gradientu temperatury w tym kierunku (różnica temperatur na jednostkę długości lub stopień zmiany temperatury). Im większy gradient temperatur tym większa wymiana ciepła.

Należy zauważyć, że nauka o wymianie ciepła nie stanowi jednolitej całości z punktu widzenia metod stosowanych przy rozwiązywaniu poszczególnych problemów oraz, że każdy z trzech prostych przypadków wymiany ciepła oparty jest na innych podstawach teoretycznych.


Wymiana ciepła w technice


Pierwszym etapem projektowania sprzętu służącego do wymiany ciepła, takiego jak wymienniki ciepła, kotły, kondensatory, radiatory, grzejniki, piece, lodówki czy kolektory słoneczne jest projektowanie pod względem właśnie analizy wymiany ciepła. Zagadnienia wymiany ciepła spotykane w praktyce można podzielić na dwie grupy:

  • współczynnik wymiany ciepła – określenie współczynnika wymiany ciepła w istniejących układach przy określonej różnicy temperatur

  • rozmiar urządzenia – określenie wymiarów nowego układu przy kreślonym współczynniku wymiany ciepła dla określonej różnicy temperatur

Urządzenie lub proces mogą być badane doświadczalnie (poprzez badania i pomiary) lub analitycznie (poprzez analizę numeryczną i pomiary). Badanie doświadczalne ma tę zaletę, że mamy do czynienia z rzeczywistym układem fizycznym a poszukiwana wielkość jest określona poprzez pomiar w granicach błędu pomiaru. Jednak takie podejście jest drogie, czasochłonne i często niepraktyczne. Poza tym, badany układ może w rzeczywistości nie istnieć. Na przykład, system ogrzewania budynku musi być zaprojektowany przed postawieniem samego budynku. Podejście analityczne (w tym także numeryczne) me tę zaletę, że jest szybkie i niedrogie, jednak otrzymane wyniki są narażone na dokładność założeń, przybliżeń oraz idealizacja modelu procesu. W praktyce inżynierskiej dobrym rozwiązaniem jest zmniejszenie możliwości do kilku poprzez analizę numeryczną i zweryfikowanie tych rezultatów doświadczalnie.



  1   2   3   4   5   6   7


©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna