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Qu’est-ce que la distribution de la température dans une gaine de combustible – Définition

Distribution de la température dans le revêtement de carburant. La gaine est la couche extérieure des barres de combustible, entre le fluide de refroidissement du réacteur et le combustible nucléaire (c’est-à-dire les pastilles de combustible)

Distribution de la température dans le revêtement de carburant

La gaine est la couche externe des barres de combustible, située entre le fluide de refroidissement du réacteur et le combustible nucléaire (c’est-à-dire les pastilles de combustible ). Il est fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion avec une section efficace d’absorption faible pour les neutrons thermiques, généralement un alliage de zirconium . Le revêtement empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice de combustible dans le liquide de refroidissement du réacteur et de le contaminer. Le revêtement constitue l’un des obstacles à l’approche de « défense en profondeur ».

Considérons la gaine de combustible de rayon intérieur Zr, 2 = 0,408 cm et de rayon extérieur Zr, 1 = 0,465 cm . En comparaison avec les pastilles de combustible, la gaine de combustible ne génère presque pas de chaleur (la gaine est légèrement chauffée par rayonnement ). Toute la chaleur générée dans le carburant doit être transférée par conduction à travers la gaine et la surface interne est donc plus chaude que la surface externe.

Pour trouver la répartition de la température à travers la gaine, nous devons résoudre l’ équation de la conduction thermique . En raison de la symétrie dans la direction z et dans la direction azimutale, nous pouvons séparer les variables et simplifier ce problème en problème à une dimension. Ainsi, nous allons résoudre pour la température en fonction du rayon, T (r), seulement. Dans cet exemple, nous supposerons qu’il n’y a strictement aucune génération de chaleur dans la gaine. Pour une conductivité thermique constante, k, la forme appropriée de l’équation de chaleur cylindrique est la suivante:

équation de la chaleur - revêtement

La solution générale de cette équation est la suivante:

équation de la chaleur - revêtement - solution générale

où C 1 et C 2 sont les constantes d’intégration.

1)

Conduction thermique - pastille de combustible

Calculez la distribution de température, T (r), dans ce revêtement de combustible, si:

  • la température à la surface intérieure du revêtement est T Zr, 2 = 360 ° C
  • la température du liquide de refroidissement du réacteur à cette coordonnée axiale est T bulk = 300 ° C
  • le coefficient de transfert de chaleur (convection; écoulement turbulent) est h = 41 kW / m 2 .K.
  • la conductivité moyenne du matériau est k = 18 W / mK
  • le taux de chaleur linéaire du combustible est q L = 300 W / cm et donc le taux de chaleur volumétrique est q V = 597 x 10 6 W / m 3

À partir de la relation de base pour le transfert de chaleur par convection, nous pouvons calculer la surface extérieure du revêtement comme:

loi newtons - bardage

Comme on peut le voir, dans ce cas également, nous avons donné des températures de surface T Zr, 1 et T Zr, 2 . Cela correspond à la condition aux limites de Dirichlet. Les constantes peuvent être évaluées en utilisant la substitution dans la solution générale et sont de la forme:

équation de chaleur - solution générale - bardage

En résolvant C 1 et C 2 et en remplaçant dans la solution générale, on obtient alors:

équation de chaleur - revêtement - solution

∆T – surface de revêtement – liquide de refroidissement

Une connaissance détaillée de la géométrie, du rayon extérieur du revêtement, du taux de chaleur linéaire, du coefficient de transfert de chaleur par convection et de la température du liquide de refroidissement détermine ∆T entre le liquide de refroidissement (T en vrac ) et la surface du revêtement (T Zr, 1 ). Par conséquent, nous pouvons calculer la température de surface de la gaine (T Zr, 1 ) simplement en utilisant la loi de Newton :

∆T - revêtement - liquide de refroidissement - loi de newtons

∆T dans la gaine de combustible

Une connaissance détaillée de la géométrie, du rayon extérieur et intérieur du revêtement, du taux de chaleur linéaire et de la température de surface du revêtement (T Zr, 1 ) détermine ∆T entre les surfaces extérieure et intérieure du revêtement. Par conséquent, nous pouvons calculer la température de surface du revêtement intérieur (T Zr, 2 ) simplement en utilisant la loi de Fourier :

∆T dans la gaine combustible - loi de Fouriers

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci