دانلود پایان نامه تحلیل و عملکرد انتقال حرارت در رآكتورهای نیروگاه هسته ای

146 صفحه WORD

 مقدمه

 منبع اصلي انرژي در دسترس در حال حاضر براي توليد برق در مقياس وسيع با قيمت اقتصادي،سوخت هاي فسيلي (زغال سنگ، نفت و گاز طبيعي)، آب در ارتفاع و سوخت هاي هسته اي هستند. دو منبع اوّلي به ترتيب انرژي شيميايي و پتانسيل خود را از خورشيد مي گيرند كه حرارت آن از امتزاج هسته هاي سبك توليد مي شود، واقعي ست اگر بگوييم تمام انرژي هاي عمده وابسته به انرژي هسته اي مي باشند.

در نيروگاه هاي حرارتي محصولات احتراق گرما را به سيال عامل (آب – بخار) در بويلر منتقل و سپس از طريق دودكش به اتمسفر خارج مي كند، در راكتور هسته اي انرژي بوسيله انتقال گرما از طريق يك واسطه كه مي تواند گاز يا مايع باشد انتقال مي يابد. اين واسطه خنك كن اوليه ناميده مي شود كه در يك مدار بسته بعد از انتقال گرما از راكتور به آب – بخار مدار دوم گردش مي كند.

یک استثناء وجود دارد که در راکتور هسته ای  آّب جوشان (BWR)توربین قسمتی از مدار اولیه است. حتّی در این صورت نیز خنک کننده در یک مدار بسته گردش می کند. پاسخگويي به نيازهاي بشري نياز به وجود منابع انرژي در حدّ کافي مي باشد که با توجه به محدود بودن سوخت فسيلي، توجه به منابع انرژي جديد، امري اجتناب ناپذير است. تعدادي از منابع جديد انرژي که به نام انرژي نو خوانده مي شود، عبارتند از: انرژي اقيانوس، انرژي باد، جذر و مد يا زمين گرمايي ژئوترمال، خورشيدي و…

کسب اين نوع انرژي ها هم از نظر تکنولوژي، گران و هم محدود مي باشد و مخارج آنها بيش از آن است که در آينده نزديک، درصد قابل ملاحظه اي از کل انرژي توليد شده را تشکيل دهند. به همين خاطر است که توجه انسان به سوي انرژي هاي ناشي از شکافت هسته اي و همجوشي هسته اي جلب شد.

نيروگاه هاي هسته اي از جمله منابع انرژي الکتريکي در سيستم هاي قدرت هستند که براساس واکنش شکافت هسته اي عمل مي کنند. بيش از 17 درصد کل انرژي الکتريکي توليدي در جهان به وسيله اين نوع نيروگاه ها توليد مي شود.

در این پروژه درباره تولید گرما در داخل سوخت و برداشت حرارت از درون راکتور و همچنین چگونگی انتقال حرارت به آب تحت فشار و سپس انتقال آن به آب  درون مولد بخار( دو مدار مجزا از هم ) و نیز تولید بخار و هدایت بخار به مجموعه توربین ها و در نهایت چرخاندن محور توربین و به واسطه کوپل آن به محور ژنراتور و تولید انرژی الکتریکی بحث می شود.

در فصل اوّل اين مجموعه سعي شده است كه راجع به واكنش هاي هسته اي توضيحات مختصري ارائه گردد.

فصل دوم شامل معرفي انواع رآكتورهاي هسته اي و بررسي اجزاي تشكيل دهنده آن ها به طور تقريباً كامل در زمينه انتقال حرارت مي باشد. قابل ذكر است در مبحث رآكتور سعي شده بيشتر راجع به  اجزاء قلب رآكتور صحبت شود تا جهت تحقيق به سمت بررسي هاي انتقال حرارتي در قلب رآكتور معطوف شود و زمينه براي بررسي هاي بيشتر در فصول بعدي فراهم گردد.

در فصل سوم پيرامون منابع انرژي و  جريان هاي سيالاتي موجود در رآكتور و همچنين انتقال حرارت جاري بين سيال خنك كننده و   ميله هاي سوخت به بحث مي نشينيم.

فصل چهارم نگاهي دارد به دما و حرارت هاي بحراني كه باعث تخريب رآكتور مي شوند.

در فصل پنجم به تئوريهاي محاسبه هيدروگرمايي قلب رآكتورهاي هسته اي خصوصاً رآكتور PWR-440 يا همان VVER1000 مي پردازد كه از جمله آنها مي توان به معرفي ضريب مبدل حرارتي در بسته هاي سوخت و محاسبه توزيع سرعت و همچنين محاسبه دما در ميله هاي سوخت اشاره كرد.

در پايان(فصل ششم) با ارائه  پارامترهايي از يك نيروگاه اتمي، ضريب هاي    مبدل حرارتي و يك سري از محاسبات مورد نياز كه در طول پروژه به آن پرداختيم را با تقريب خوبي به دست مي آوريم.

فهرست مطالب

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………

فصل اول ـ واكنش های هسته ای…………………………………………………………………………………………………………..7

1-1تعریف واكنش هاي هسته ای………………………………………………………………………………………………….7

1-2محصولات شکست اورانیوم…………………………………………………………………………………………………………12

1-3گداخت (همجوشي) هسته‌اي…………………………………………………………………………………………13

فصل دوم  ـ رآكتور و انواع آن…………………………………………………………………………………………………..22

تاریخچه………………………………………………………………………………………………………………..22

2-2سوخت رآكتور…………………………………………………………………………………………………………….23

2-3خنك كننده……………………………………………………………………………………………………………………24

2-4كند كننده……………………………………………………………………………………………………….24

2-5انواع رآکتورهای گرمایی………………………………………………………………………………………………………………………………..26

2-6اجزاء مختلف راكتور………………………………………………………………………………………………………….42

فصل سوم  ـ حرارت شكافت در رآكتور هسته اي…………………………………………………………………………………………..61

3-1 منابع انرژي…………………………………………………………………………………………………………………….61

3-2 توزيع انرژي حاصل از شكافت دررآكتور………………………………………………………………………………………………………64

3-3 برداشت گرما از راکتور…………………………………………………………………………………………………………………….66

3-4انتشار حرارت در كانال هاي همراه با انرژي حرارتي شكافت………………………………………………………………………68

3-5حرارت ناشي از شكافت در سازه………………………………………………………………………………………………………………….72

3-6 جريان هاي اجباري در كانال ها…………………………………………………………………………………………………………………..73

3-7 انتقال حرارت و جريان هاي چرخشي…………………………………………………………………………………………………………….76

فصل چهارم ـ جوشش هسته اي…………………………………………………………………………………………………………………………………….77

4-1تأثیر فاکتورهای متفاوت بر حالت بحرانی……………………………………………………………………………………………………………..82

فصل پنجم ـ روش هاي محاسبه هيدروگرمايي قلب رآكتورهاي هسته اي…………………….84

5-1روابط اصلي مابين پارامترهاي هيدروگرمايي………………………………………………………………………………………………………..84

5-2محاسبات هیدروحرارتی قلب رآکتور در جریان های تک فازی…………………………………………………………………………. 86

5-3ارتباطات بين كانالي……………………………………………………………………………………………………………………………………………..88

5-4محاسبه توزيع سرعت (دبي)………………………………………………………………………………………………………………………………..90

5-5محاسبه افزايش دماي سيال عامل………………………………………………………………………………………………………………………93

5-6محاسبه اختلاف دمايي سطح با سيال…………………………………………………………………………………………………………………94

5-7محاسبه دما در ميله هاي سوخت……………………………………………………………………………………………………………………….97

8-5 تغییرات دما در حین تغییرات پروسه های حرارتی رآکتور………………………………………………………………………………………………………………….106

فصل ششم

محاسبات…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..113

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………123