Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 13

Рассмотренные в данном параграфе результаты оценочных расчетов массогабаритных характеристик активной зоны и холодильника-излучателя использовались для последующих исследований динамических характеристик ЭГК и энергоустановки в целом.

5.    Расчет динамических характеристик электрогенерирующего канала и канала холодильника-излучателя

Рассмотрим изменение характеристик ЭГК и канала холодильника-излучателя во времени при переходе с одного уровня мощности N⁽¹⁾ на другой N⁽²⁾. Каждому из этих режимов соответствует определенное время функционирования ЯТЭУ (τ⁽¹⁾ и τ⁽²⁾) и, следовательно, некоторая максимально допустимая температура катодов ЭГК. Результаты расчетов стационарных режимов канала и массогабаритных характеристик ЯТЭУ позволяют при заданных Т⁽¹⁾_2max и Т⁽²⁾_2max определить следующие параметры:  количество ЭГЭ в ЭГК; длину канала ХИ, соответствующую одному ЭГК; уровень тепловой мощности реактора-преобразователя; скорость прокачки теплоносителя, необходимую для сброса не преобразованной теплоты; величину тока в канале и давление цезиевых паров, соответствующих максимумам мощностей при каждом уровне тепловыделения. В таблице приведены перечисленные параметры для двух значений генерируемой мощности: N⁽¹⁾ = 1МВт и N⁽²⁾ = 15 МВт, τ⁽¹⁾>7 лет. τ⁽²⁾ = I час. Для массогабаритных характеристик определяющим является режим с высокой мощностью, поэтому количество ЭГК и длина канала ХИ соответствуют мощности N⁽²⁾= 15 МВт.

С ростом тепловой мощности реактора необходимо увеличивать скорость прокачки теплоносителя в соответствии с формулой [39]

, где Н_а.з - высота активной зоны; ΔT₇ - перепад температуры теплоносителя по длине ЭГК.

Поэтому, задавая некоторый закон изменения во времени объемной плотности тепловыделения, одновременно можно оценить характер изменения расхода теплоносителя и мощности насоса. Учитывая, что мощность насоса прямо пропорциональна сбрасываемой мощности и квадрату скорости теплоносителя в канале, нетрудно показать, что при переходе с уровня N⁽¹⁾= 1 МВт на режим N ⁽²⁾= 15 МВт мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителя, должна возрасти более чем в 100 раз, а секундный расход теплоносителя - примерно в 5 раз.

Таблица  7

С увеличением тепловыделения в топливных сердечниках постепенно возрастают температуры катодов ЭГЭ, при этом давление цезиевых паров, соответствующее первоначальному состоянию системы, становится неоптимальным. Кроме того, по мере разогрева катодов должна изменяться и нагрузка канала. Действительно, рассмотренные в подразделе 3 результаты показывают, что с увеличением q_v величина тока в канале, соответствующая максимуму мощности, соответственно возрастает. Диапазон изменения тока приведен в табл. 7.

На форсированном режиме N⁽²⁾=15 МВт размеры холодильника-излучателя и, следовательно, средняя температура теплоносителя в канале ХИ соответствуют минимуму массы энергоустановки (см. табл. 4). При уровне мощности N⁽¹⁾= 1 МВт  площадь холодильника-излучателя оценивалась из условия обеспечения оптимального температурного режима для анодов ЭГК. При этом для сброса излишней тепловой мощности требуется меньшая площадь поверхности (на~30%), чем на форсированном режиме. Это означает, что при неизменной длине холодильника-излучателя переход с одного уровня мощности на другой требует постепенного подключения дополнительных каналов.