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¿Qué es la distribución de temperatura en el revestimiento de combustible? – Definición

Distribución de temperatura en revestimiento de combustible. El revestimiento es la capa externa de las barras de combustible, que se encuentra entre el refrigerante del reactor y el combustible nuclear (es decir, pastillas de combustible)

Distribución de temperatura en revestimiento de combustible

El revestimiento es la capa externa de las barras de combustible, que se encuentra entre el refrigerante del reactor y el combustible nuclear (es decir, las pastillas de combustible ). Está hecho de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para neutrones térmicos, generalmente aleación de circonio . El revestimiento evita que los productos de fisión radiactiva escapen de la matriz de combustible al refrigerante del reactor y lo contaminen. El revestimiento constituye una de las barreras en el enfoque de ‘ defensa en profundidad ‘.

Considere el revestimiento de combustible del radio interno Zr, 2 = 0.408 cm y el radio externo Zr, 1 = 0.465 cm . En comparación con el granulado de combustible, casi no hay generación de calor en el revestimiento de combustible (el revestimiento se calienta ligeramente por radiación ). Todo el calor generado en el combustible debe transferirse por conducción a través del revestimiento y, por lo tanto, la superficie interna está más caliente que la superficie externa.

Para encontrar la distribución de temperatura a través del revestimiento, debemos resolver la ecuación de conducción de calor . Debido a la simetría en la dirección z y en la dirección azimutal, podemos separar las variables y simplificar este problema a un problema unidimensional. Por lo tanto, resolveremos la temperatura solo en función del radio, T (r). En este ejemplo, asumiremos que estrictamente no hay generación de calor dentro del revestimiento. Para una conductividad térmica constante, k, la forma apropiada de la ecuación de calor cilíndrica, es:

ecuación de calor - revestimiento

La solución general de esta ecuación es:

ecuación de calor - revestimiento - solución general

donde C 1 y C 2 son las constantes de la integración.

1)

Conducción térmica - pellet de combustibleCalcule la distribución de temperatura, T (r), en este revestimiento de combustible, si:

  • la temperatura en la superficie interna del revestimiento es T Zr, 2 = 360 ° C
  • la temperatura del refrigerante del reactor en esta coordenada axial es T a granel = 300 ° C
  • El coeficiente de transferencia de calor (convección; flujo turbulento) es h = 41 kW / m 2 .K.
  • la conductividad promedio del material es k = 18 W / mK
  • la tasa de calor lineal del combustible es q L = 300 W / cm y, por lo tanto, la tasa de calor volumétrica es q V = 597 x 10 6 W / m 3

A partir de la relación básica para la transferencia de calor por convección, podemos calcular la superficie externa del revestimiento como:

ley de newtons - revestimiento

Como se puede ver, también en este caso hemos dado temperaturas de superficie T Zr, 1 y T Zr, 2 . Esto corresponde a la condición límite de Dirichlet. Las constantes pueden evaluarse utilizando la sustitución en la solución general y tienen la forma:

ecuación de calor - solución general - revestimiento

Resolviendo C 1 y C 2 y sustituyéndolo en la solución general, obtenemos:

ecuación de calor - revestimiento - solución

∆T – superficie de revestimiento – refrigerante

El conocimiento detallado de la geometría, el radio exterior del revestimiento, la tasa de calor lineal, el coeficiente de transferencia de calor por convección y la temperatura del refrigerante determinan ∆T entre el refrigerante (T volumen ) y la superficie del revestimiento (T Zr, 1 ). Por lo tanto, podemos calcular la temperatura de la superficie del revestimiento (T Zr, 1 ) simplemente usando la Ley de Newton :

∆T - superficie de revestimiento - refrigerante - ley de newtons

∆T en revestimiento de combustible

El conocimiento detallado de la geometría, el radio exterior e interior del revestimiento, la tasa de calor lineal y la temperatura de la superficie del revestimiento (T Zr, 1 ) determinan ∆T entre las superficies exterior e interior del revestimiento. Por lo tanto, podemos calcular la temperatura de la superficie del revestimiento interior (T Zr, 2 ) simplemente usando la Ley de Fourier :

∆T en revestimiento de combustible - ley de fouriers

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.