سایت در حال بارگذاری است ...

پایان نامه تحلیل و عملکرد انتقال حرارت در راكتورهاي نیروگاه هسته اي، مهندسي مکانیک

عنوان:  پایان نامه تحلیل و عملکرد انتقال حرارت در راكتورهاي نیروگاه هسته اي، مهندسي مکانیک

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

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 132

 

چکیده:
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
عنوان
مقدمه
فصل اول: واكنش هاي هسته اي
1-1- تعریف واکنش های هسته ای
1-1-1- هسته
1-1-2- اجزاي اصلي هسته
1-1-3- روش های انجام واکنش های هسته ای
1-2- راه های مختلف تولید انرژی هسته ای
1-2-1- شكافت هسته‌اي
1-2-1-1- شكافت هسته های اورانیوم
1-2-1-2- مراحل شکست اورانیوم 235
1-2-1-3- مواد قابل شکست
1-2-1-4- محصولات شکست اورانیوم
1-2-2- گداخت(همجوشي) هسته‌اي
1-2-2-1- خورشید و ستارگان
1-2-2-2- محصور سازی
1-2-2-3- رسیدن به دمای بالا
1-2-2-4- انواع واکنش ها
فصل دوم: رآكتور و انواع آن
2-1- تاریخچه
2-2- سوخت رآکتور
2-2-1- اورانیوم
2-2-2- پلوتونیوم
2-2-3- توریوم
2-3- خنک کننده
2-4- كند كننده
2-4-1- انواع کند کننده
2-5- انواع رآکتورهای گرمایی
2-5-1- رآکتور آب تحت فشار( PWR )
2-5-2- رآکتور آب جوشان( BWR )
2-5-3- رآکتور D2G
2-5-4- راكتورهاي با كند كنندة آب سنگين (CANDU )
2-5-5- راكتور هاي سريع (FBR)
2-6- اجزاء مختلف رآکتور
2-6-1- پوسته رآکتور
2-6-2- بخش درونی پوسته
2-6-3- محافظ لوله
2-6-4- قلب رآکتور
2-6-5- تأثير ضريب k:
2-6-6- بلوک الکترو مغناطیسی
2-6-7- بلوک فوقانی:
فصل سوم: حرارت شکافت در رآكتورهای هسته ای
3-1- منابع انرژی
3-2- توزیع انرژی حاصل از شکافت در رآکتور
3-3- برداشت گرما از راکتور
3-4- انتشار حرارت در کانال های همراه با انرژی حرارتی شکافت
3-5- حرارت ناشی از شکافت در سازه
3-6- جریان های اجباری در کانال ها
3-7- انتقال حرارت در جریان های چرخشی

فصل چهارم: جوشش هسته ای
4-1- جوشش هسته ای
4-2- تأثیر فاکتورهای متفاوت بر روی حالت بحرانی
فصل پنجم:روش های محاسبه هیدروگرمایی قلب رآکتورهای هسته ای
5-1- روابط اصلی مابین پارامترهای هیدروگرمایی
5-2- محاسبات هیدرو حرارتی قلب رآکتور در جریان های تک فازی
5-3- ارتباطات بین کانالی
5-4- محاسبه توزیع سرعت (دبی)
5-5- محاسبه افزایش دمای سیال عامل
5-6- محاسبه اختلاف دمايي سطح با سيال
5-7- محاسبه دما در میله های سوخت
5-8- تغییرات دما در حین تغییرات پروسه های حرارتی رآکتور
فصل ششم: محا سبات
6-1- محاسبات
6-2- قطرهاي هيدروليكي:
6-3- افت دمايي مابين پوسته غلاف و شكافت گازي:
منابع :
فهرست اشکال
عنوان
شکل 1-1: نمايي از يك اتم و از يك اتم اورانيم
شکل 1-2: شكافت هسته‌اي
شکل 1-3: پاره هاي شکافت
شکل 1-4: هسته های اورانیوم
شکل 1-5: مراحل شکست اورانیوم 235
شکل 1-6: محصولات شکست اورانیوم
شکل 1-7: گداخت(همجوشي) هسته‌اي
شکل 1-8: شكل يك همجوشي هسته اي
شکل 1-9: شکل شماتیک واکنش همجوشی هسته
شکل 1-10: انواع واکنش ها
شکل 2-1: راکتور هسته‌ای
شکل 2-2: شماتيك نيروگاه اتمي آب تحت فشار نوع روسي VVER
شکل 2-3: شماتيك راکتور با آب جوشان
شکل 2-4: رآکتور D2G
شکل 2-5: راکتور گرافيتي
شکل 2-6: دياگرام راکتور گرافيتي روسي
شکل 2-7: راکتور گرافيتي روسي
شکل 2-8: شکل راکتور کندو
شکل 2-9: شکل راکتور BN
شکل 2-10: راکتور سريع
شکل 2-11: نماي چرخة بخار رآكتور PFR بلايارسك
شکل 2-12: پوسته رآکتور به لحاظ محدودیت در حمل و نقل از طریق راه آهن دارای
شکل 2-13: بخش درونی پوسته
شکل 2-14: ناحیه اکتیو جزء گروه تجهیزات بهره برداری نرمال و دسته اوّل مقام در برابر زلزله می باشد.
شکل 2-15: میله های تنظیم کننده به هنگام فعال شدن سینگال های حادثه
شکل 2-16: تأثير ضريب k
شکل 2-17: اجزای جاذب نوترون
شکل 2-18: بلوک الکترو مغناطیسی
شکل 3-1 : انرژی پیوندی با هسته 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) . a – منعکس کننده b- قلب رآکتور
شکل 3-5: نمایی از توزیع دمای سیال خنک کننده در طول کانال
شکل 3-6: اجزاء طول کانال dz برای خنک کننده جریان یک فازی
شکل 3-7: ضخامت غلاف سوخت
شکل 3-8: طرح غلاف های سوخت سیلندری شکل و افت حرارت در آنها.
شکل 3-9: توزیع دمای سیال عامل و غلاف های سوخت در طول کانال رآکتورهای .
شکل 3-10: توزیع دمای سیال عامل و غلاف های سوخت در طول کانال رآکتورهای نوترون سريع.
شکل 3-11: حالات قرار گیری میله های سوخت fuel assembly نسبت به همدیگر.
شکل 3-12 : متدهای افزایش راندمان حرارتی غلاف های سوخت خنک شونده توسط گاز با استفاده از اشکال مختلف لبه ها.
شکل 3-13: 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 5-1: طرح جابجایی بین کانالی و توزیع حرارتی بین کانال ها.
شکل 5-2: جریان سیال عامل در بسته های سوخت با میله های دارای لبه.
شکل 5-3 : نمایی از تقابلات جریان جرمی از سلول i در ارتباط با سلول های مجاور و 3,2,1 j= و 3,2,1 k= سطح میله های سوخت در ارتباط سلولi .
شکل 5-4: ضریب پر شدن بسته های سوخت
شکل 5-5: 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 5-6 : تبادل حرارت فلزات مایع به صورت میله های شبکه منظم
شکل 5-7: ساختار سیلندری شکل میله های سوخت
شکل 5-8: ماکزیمم دمای سوخت (1) 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
شکل 5-9: ماکزیمم دمای قابل حصول در میله های سوخت سیلندری شکل، خنک شونده توسط آب با سوخت و با بدنه از آلیاژ زیر کونیوم.
شکل5-10: سطح مقطع میله های سوخت سیلندری شکل و افت دما در آنها.
شکل 5-11: قابلیت انتقال حرارت
شكل 5-11: تأثیرات ضریب انتقال حرارت معادل میله های سوخت ( ) در نایکنواختي دمایی در پیرامون میله های سوخت.
شکل 5-12: تأثیر عدد پكلت بر نایکنواختي دمایي میله های سوخت برای رآکتورهای با خنک کننده آب.
شکل 5-13: تأثیر اجرایی فرم میله های سوخت برنحوة توزیع حرارتی میله های سوخت (ثابت = pe).
شكل 5-14: جابجایی در کانال ها یک یا چند گروه از میله های سوخت
شکل 5-15: توزیع حرارت در میله های سوخت بدون پوسته و غلاف
شکل 5-16: تغییرات دمای متوسط میله های سوخت (t) به هنگام افزایش خطی دمای یکسان.
شکل 5-17: توزیع حرارتی در میله های سوخت با شکاف گازی مابین سوخت و بدنه
شکل 6-1: نمودار برای محدوده
شکل 6-2: نمودار Re-Nu فرض اینکه متغیر
شکل 6-3: نمودار براي x<101
شکل 6-4: نمودار با توجه به
شکل 6-5: نمودار با توجه به
شکل 6-6: نمودار Re –Nu با توجه به

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 مي‌باشند. در واقع تنها عملي كه ارتباطي به شكافتن يا امتزاج ندارد انرژي جزر و مدّي است، كه با چند استثناء در دسترس است و با هزينه سرمايه گذازي زياد مي تواند با سه منبع ذكر شده در بالا رقابت كند.
در مقايسه با نيروگاههاي حرارتي كه در آنها انرژي از فرايند احتراق كه يك واكنش شيميايي است و نيازمند مقدار زيادي اكسيژن مي باشند، شكافتن هسته هاي اورانيوم يا پلوتونيوم نياز به اكسيژن ندارد.
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.
با توجه به نقش حياتي انرژي الکتريسيته در ساختار زيربنايي صنعت و اقتصاد کشور، لزوم توجه به نيروگاه هاي برقي به عنوان منبع اصلي توليد انرژي الکتريکي اهميّت بسياري پيدا مي کند. توان توليدي اين نيروگاه ها از طريق شبکه سراسري به شهرها و مراکز صنعتي، کشاورزي، تجاري و ….. منتقل مي شود تا چرخه اقتصاد و صنعت کشور به حرکت درآيد. مقدار الکتريسيته توليد شده نسبت مستقيمي با پيشرفت صنعتي و رشد اقتصادي و اجتماعي يک ملّت دارد. توليد انرژي الکتريکي ارزان قيمت و بدون وقفه و آماده داشتن آن بقدر کافي لازمه صنعتي شدن کشور است.
دغدغه اصلي جهان عادت كرده به مصرف انرژي، در دو دهه آينده، توليد انرژي و ساخت نيروگاه اتمي به عنوان تنها راه خروج از بحران انرژي در دهه هاي آينده است. در اين بين از آن جا كه ساخت يك نيروگاه اتمي اغلب علوم و فنون را به كار مي گيرد، اين كاربري به مفهوم توسعه و پيشرفت در همه علوم و فنون است. از طرفي هم مي توان ادّعا كرد كه نيروگاه برق اتمي، اقتصادي ترين نيروگاهي است كه امروز در دنيا احداث مي شود. دلايل مهمّي براي استفاده از نيروگاه اتمي براي توليد برق وجود دارد كه از مهم ترين آنها مي توان به پاكيزه بودن اين روش، عدم توليد گازهاي گلخانه اي و ديگر آلاينده هاي زيست محيطي اشاره كرد. سوخت هاي فسيلي مانند زغال سنگ، مقدار قابل توجهي از انواع آلاينده ها همانند تركيبات كربن و گوگرد را وارد محيط زيست مي سازند كه براي سلامت انسان زيانبار است. از سوي ديگر با توجه به افزايش مصرف برق و پايان پذير بودن منابع سوخت فسيلي به نظر مي رسد استفاده از انرژي هسته اي بهترين گزينه موجود باشد.
هدف بیشتر مهندسین راکتورهای هسته ای در ارتباط با فرایند برداشت حرارت از درون راکتور و رسیدن به یک تعادل بین عوامل ناسازگار به منظور رسیدن به اقتصادی ترین راه حل، می باشد.

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

 

مطلب مفیدی برای شما بود ؟ پس به اشتراک بگذارید برای دوستانتان
درباره این مطلب نظر دهید !

محصولات مرتبط ...

محصولات زیرا حتما ببینید ...