عنوان: پایان نامه انتقال حرارت در راکتورهای هسته ای، مهندسي مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 158

چکیده:
مجموعه حاضر مشتمل بر 6 فصل می باشد که در فصل اول سعی شده است که راجع به واکنش های هسته ای توضیحات مختصری ارائه گردد. فصل دوم شامل رآکتور و بررسی اجزای تشکیل دهنده آن به طور تقریبا کامل در زمینه انتقال حرارتی می باشد و همچنین انواع رآکتور را به اختصار معرفی کرده ایم.
قابل ذکر است در مبحث رآکتور سعی شده بیشتر راجع به اجزاء قلب رآکتور صحبت شود تا جهت تحقیق به سمت بررسی های انتقالی حرارتی در قلب رآکتور معطوف شود و زمینه برای بررسی های بیشتر در فصل های بعدی فراهم گردد.
در فصل سوم پیرامون منابع انرژی و جریان های سیالاتی موجود در رآکتور و همچنین انتقال حرارت جاری بین سیال خنک کننده و میله های سوخت به بحث می نشینیم.
فصل چهارم نگاهی دارد به دما و حرارتهای بحرانی که باعث تخریب رآکتور می شوند.
فصل پنجم روشهای انتقال گرمای تولید شده در نیروگاه های هسته ای را مورد بررسی قرار می دهد.
فصل ششم چگالنده ها و خنک کننده را مورد بررسی قرار می دهد.

فهرست مطالب
عنوان
مقدمه
فصل اول: واکنش های هسته ای
1-1- تعریف واکنش های هسته ای
1-2 – روش های انجام واکنش های هسته ای
1-3- راه های مختلف تولید انرژی هسته ای
1-4- شکافت هسته‌ای
1-5- مراحل شکست اورانیوم 235
1-6- مواد قابل شکست
1-7- محصولات شکست اورانیوم
فصل دوم: رآكتور و انواع آن
2-1- معرفی
2-2- تاریخچه
2-3- نظریه راکتورهای هسته ای-راکتورهای حرارتی همگن
2-3-1- راكتورهاي آب سبك
2-3-2- راكتور آب تحت فشار
2-3-2-1- قسمتهای مختلف راكتور آب تحت فشار
2-3-2-2- عملکرد
2-3-3- راكتور آب جوش
2-3-4- راكتورهاي آب سنگين
2-3-4- راكتور CANDU
2-3-5- راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند
2-3-6- راكتورهايي كه دماي بسيار زياد توليد مي كنند
2-3-7- راکتورهای هسته‌ای با دمای بالا
2-3-8- راكتورهاي با دماي بالاي توريوم
2-3-9- راكتور RBMK
2-3-10- راكتورهاي زاياي سريع
2-3-11- راکتورهای همجوشی هسته‌ای
2-3-11-1- كاربردهاي راكتورهاي هسته اي
2-3-11-2- مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای
2-3-12- راكتورهاي با دماي بالاي توريوم
2-4- معيارهاي مقايسه و انتخاب موادراکتور
2-5- تشریح کامل رآکتور
2-5-1- پوسته رآکتور
2-5-1-1- بخش درونی پوسته
2-5-2- قلب رآکتور
2-5-2-1- بلوک الکترو مغناطیسی
2-5-2-2- بلوک جابجا شونده
2-5-2-3- بلوک فوقانی
2-6- راکتورB-320
2-7- انواع سوخت
2-7-1- اورانيم
2-7-2-پلوتونيم
2-7-3- توريم
2-8- خنك كننده ها
2-9- مواد مناسب براي غلاف
2-10- مواد كنترل
2-11- كند كننده ها
2-11-1- آب
2-11-2- آب سنگين
2-11-3-گرافيت :
2-12- انواع رآکتورهای گرمایی
2-12-1- رآکتور آب تحت فشار
2-12-2- رآکتور آب جوشان
2-12-3- رآکتور D2G
2-13- روش های محاسبه هیدروگرمایی قلب رآکتورهای هسته ای
2-14- محاسبات هیدرو حرارتی قلب رآکتور در جریان های تک فازی
2-14-1- ضریب مبدل حرارتی در بسته های سوخت
2-14-2- محاسبه ضریب انتقال حرارت در fuel assembly
2-14-3- ارتباطات بین کانالی
2-14-4- محاسبه توزیع سرعت (دبی)
2-14-5- محاسبه افزایش دمای سیال عامل
2-14-6- محاسبه اختلاف دمايي سطح با سيال
2-16-7- محاسبه دما در میله های سوخت
2-16-7-1- فرم فیزیکی میله های سوخت
2-16-7-2- تغییرات دما در حین تغییرات پروسه های حرارتی رآکتور
2-16-7-3- زمان تاخیری بواسطه مقاومت حرارتی درونی میله های سوخت
فصل سوم: حرارت شکافت در رآكتورهای هسته ای
3-1 – منابع انرژی
3-2- توزیع انرژی حاصل از شکافت در رآکتور
3-2-1- انتشار حرارت در کانال های همراه با انرژی حرارتی شکافت
3-3- حرارت ناشی از شکافت در سازه
3-4- جریان های اجباری در کانال ها
3-5- انتقال حرارت در جریان های چرخشی
فصل چهارم: جوشش هسته ای
4-1- معرفی
4-2- تأثیر فاکتورهای متفاوت بر روی حالت بحرانی
4-2-1- تشدید تبادل حرارتی جریان توربولنت
4-2-2- تشدید جریان های چرخش مبدل حرارتی
فصل پنجم: روشهای انتقال گرما
5-1- معرفی
5-1-1- تولید و خارج کردن گرما:
5-2- دور ریختن گرمای تلف شده
5-3- خلاصه
فصل ششم: چگالنده ها و آب خنک کننده
6-1- معرفی
6-1-1- جداکننده آب و گرمکن میانی بخار
6-2- مخزن آب تغذیه
6-3- پمپهای آب تغذیه
6-4- خطوط پیش گرمکن
6-5- ژنراتور، مبدل برقی توربین
نتیجه گیری:
منابع :
پیوست
فهرست اشکال
عنوان
شكل1-1: واكنش هسته اي
شكل 1-2: روش های انجام واکنش های هسته ای
شكل 1-3: شکافت هسته‌ای
شكل1-4: همجوشی هسته ای
شكل 1-5: شكست هسته اي
شكل 1-6: مراحل شکست اورانیوم
شكل 1-7: محصولات شكست هسته اي
شكل 1-8- عناصر حاصل از شكست اورانيوم235
شکل 2-1: شماتيك يك نيروگاه هسته اي pwr
شکل 2-2: نمایی از راكتورهاي آب سبك
شکل 2-3: نمایی از راكتور آب تحت فشار
شکل 2-4: نمایی از راکتور آب جوش
شکل 2-5: نمایی از راكتورهاي آب سنگين
شکل 2-6: نمایی از راكتور CANDU
شکل 2-7: نمایی از راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند
شکل 2-8: نمایی از راكتورهاي با دماي بالاي توريوم
شکل 2-9: نمایی از راكتور RBMK
شکل 2-10: نمایی از راكتورهاي زاياي سريع
شکل 2-11: ساختار راکتور
شکل 2-12: پوسته راکتور
شکل 2-13: بخش درونی پوسته
شکل 2-14: قلب راکتور
شکل 2-15: سیستم مکانیکی control rods
شکل 2-16: نمودارهای نمایش ضریب K
شکل 2-17: گروه کاری بخش فوقانی قلب راکتور
شکل 2-18: بلوک جابه جا شونده
شکل 2-19 : سطح مقطع بسته های سوخت رآکتورهای PWR-Ho-(a)
شکل 2-20: نقش میله های سوخت با غلاف های آنها و توزیع دما در طول سطح مقطع میله های سوخت و محیط غلافها.
شکل 2-21: طرح جابجایی بین کانالی و توزیع حرارتی بین کانال ها.
شکل2-22: جریان سیال عامل در بسته های سوخت با میله های دارای لبه.
شکل 2-23 : نمایی از تقابلات جریان جرمی از سلول i در ارتباط با سلول های مجاور و 3و2و1 j= و 3و2و1 k= سطح میله های سوخت در ارتباط سلولi.
شکل 2-24: محاسبه اختلاف دمايي سطح با سيال
شکل 2-25 : مقایسه های نقاط حاصل شده در مورد تبادل حرارت مایع با در میله های شبکه سه گوشه ای با نتایج محاسبات با فرمول های تجربی برای مختلف
شکل 2-26 : تبادل حرارت فلزات مایع به صورت میله های شبکه منظم
شکل 2-27 : ساختار سیلندری شکل میله های سوخت A-A میله های سوخت PWR و BN- میله های سوخت رآکتور با نوترون سریع و (a،b،B) 1- سوخت با فرم های مختلف شکل 2- پوسته 3- عمل جمع آوری گاز 4- فاصله اندازهای مفتولی شکل.
شکل 2-28 : ماکزیمم دمای سوخت (1) و دما در سطح قلب (2) در ارتباط با توان میله های سوخت (400-PWR) 3-دمای ذوب در وضعیت ابتدایی 4- دمای ذوب بعد از سوختن سوخت در حدود
شکل2-29 : ماکزیمم دمای قابل حصول در میله های سوخت سیلندری شکل، خنک شونده توسط آب با سوخت و با بدنه از آلیاژ زیر کونیوم.
شکل2-30 : سطح مقطع میله های سوخت سیلندری شکل و افت دما در آنها.
شکل 2-31 : قابلیت انتقال حرارت دی اکسید اورانیوم از نظر ساختار نزدیک به استوکیومتری و عملکرد
شکل 2-32 : تاثیرات ضریب انتقال حرارت معادل میله های سوخت در نایکنواختي دمایی در پیرامون میله های سوخت
شکل 2-33 : تاثیر عدد پكلت بر نایکنواختي دمایي میله های سوخت برای رآکتورهای با خنک کننده آب
شکل 2-34: تاثیر اجرایی فرم میله های سوخت برنحوه توزیع حرارتی میله های سوخت (ثابت = pe )
شکل 2-35: توزیع حرارت در میله های سوخت بدون پوسته و غلاف
شکل 2-36:تغییرات دمای متوسط میله های سوخت (t) به هنگام افزایش خطی دمای یکسان.
شکل 2-37: توزیع حرارتی در میله های سوخت با شکاف گازی مابین سوخت و بدنه
شکل 3-1: انرژی پیوندی باهسته در نوکلئون ها
شکل 3-2 : انتشار جریان حجم نوترون ها (جرم حجمی انرژی ناشی از شکافت) در قلب رآکتور به فرم سیلندری شکل (بدون سطوح منعکس کننده) و مواد افزودنی فوق العاده صیقلی.
شکل 3-3: انتشار جریان حجمی نوترون ها در رآکتور با منعکس کننده ها
شکل 3-4: مقدار ضریب میکرو نایکنواختی انرژی شکافت در بسته های سوخت در کناره ها با منعکس کننده ها (آب).
شکل 3-5: نمایی از توزیع دمای سیال خنک کننده در طول کانال
شکل 3-6: طرح غلاف های سوخت سیلندری شکل و افت حرارت در آنها.
شکل 3-7-توزیع دمای سیال عامل و غلاف های سوخت در طول کانال رآکتورهای
شکل 3-8: توزیع دمای سیال عامل و غلاف های سوخت در طول کانال رآکتورهای نوترون سريع.
شکل 3-9: حالات قرار گیری میله های سوخت fuel assembly نسبت به همدیگر
شکل 3-10: متدهای افزایش راندمان حرارتی غلاف های سوخت خنک شونده توسط گاز
شکل 3-11: اشکال مختلف اجزاء جهت ایجاد جریان های چرخشی
شکل 4-1: تغییرات آنتالپی نسبت به طول در سلول های مختلف از بسته های سوخت.
شکل 4-2: تأثیرات سرعت و مخلوط بخار بر ضریب اختلاط در بسته های حاوی میله های سوخت
شکل 4-3: افزایش ضریب انتقال حرارت به هنگام جوشش در لوله با مشخصات
شکل 4-4 : طرح جریان تک فازی همرفتی در سطح مقطع بسته های سوخت بعد از تشدید چرخش محوری
شكل 5-1: دما در داخل سوخت
شكل 5-2- توزيع دما در طول محور راكتور با قدرت يكنواخت
شكل 5-3: توزيع دما در طول كانال با تابع سينوسي قدرت
شكل 5-4: بيرون برگرما از كانال راكتور
شكل 5-5: رابطه فشار دما براي آب
شكل 5-6: برج خنك كننده ( از آلودگي گرمايي آبزيان توسط جان آر. كلارك)
شكل 6-1: نمايش چگالنده يك توربين
شكل 6-2: اصول خنك سازي با آب رود خانه
شكل 6-3: برج خننك كننده مرطوب ( سمت چپ) و برج خنك كننده خشك( سمت راست)
شكل 6-4: سيستم خنك سازي چند گانه
شكل 6-5: نماي برش خورده ي يك برج خنك كننده ي مرطوب با جريان طبيعي هوا
شكل 6- 6: سيستم مركب جدا كننده آب و گرمكن مياني
شكل 6-7: نماي برش خورده يك ژنراتور

مقدمه

راکتور هاي هسته اي نقش توليد انرژي را به عهده دارند. امروزه، گرماي توليد شده در راکتور هاي هسته‌اي، بيشتر براي توليد انرژي الکتريکي مورد استفاده قرار مي گيرد. استفاده هاي ديگر ميتواند شامل توليد گرماي مورد نياز براي فرآيند هاي صنعتي، نمک زدايي(شيرين سازي) آب دريا، تأمين حرارت منطقه‌اي در شهر هاي بزرگ و کوچک، حرکت کشتي ها و مخصوصاً در زير دريايي ها باشد.
انگيزه اقتصادي ساخت راکتور هاي هسته اي، به دليل چگالي انرژي خيلي زياد در سوخت اورانيم آنهاست که به طور نسبي سبب قيمت پايين تر واحد انرژي توليد شده مي شود. يک کيلو گرم اورانيم (با 3 درصد از اورانيم _235) KJ109×5/2کيلو ژول انرژي توليد ميکند. در مقابل، يک تن سوخت فسيلي، KJ107×4 کيلو ژول انرژي توليد مي کند. انرژي هسته اي در سال 1996، حدود 7 درصد کل مصرف انرژي و برابر 17 درصد مصرف انرژِي الکتريکي جهان بوده است.اين مقدار در آخر سال 2004برابر با 5/16 درصد انرژِي الکتريکي مصرفي جهاني است. با توجه به اهمیت موضوع این پایان نامه سعی دارد پیرامون موضوع راکتور هسته ای و انتقال حرارت در آن مطالبی مفید را بیان نماید باشد که مورد قبول خوانندگان قرار گیرد.

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.