Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 14

Будем считать, что перевод ЭГК с одного уровня мощности на другой осуществляется за счет линейного нарастания во времени объемной плотности тепловыделения за некоторый промежуток времени Δt . При этом, как уже отмечалось, одновременно увеличивается расход теплоносителя, а также изменяются нагрузка ЭГК, давление цезия и количество работающих каналов холодильника-излучателя. На рис..19 и 20 приведены результаты численного расчета изменения во времени средней мощности ЭГЭ в ЭГК и коэффициента полезного действия канала для двух случаев: ЭГЭ с гладким катодом из поликристаллического вольфрама и ЭГЭ с многополостным катодом.

Анализ полученных результатов показывает, что при сделанных предположениях тепловая инерционность ЭГК (в совокупности с каналом холодильника-излучателя) проявляется в течение первых 20…30 с переходного режима. При этом скорость нарастания электрической мощности значительно меньше скорости увеличения тепловой мощности, выделяющейся в сердечниках ЭГК. Это обуславливает некоторое снижение КПД в течение указанного интервала времени. При t > (20…30) с изменение во времени характеристик ЭГК можно считать квазистационарным.

На рис. 21 и 22 показаны зависимости от времени для максимальной температуры Т_2max катодных оболочек ЭГК и средней температуры теплоносителя Т_тепл в холодильнике-излучателе. Указанные зависимости приведены для трех вариантов переходных режимов, отличающихся друг от друга временем достижения форсированной электрической мощности: 200 с, 100 с и 50 с. Как показали результаты расчетов, для обеспечения перевода ЯТЭУ с уровня мощности N⁽¹⁾= 1 МВт на мощность N⁽²⁾= 15 МВт требуется увеличить температуру катодов в ЭГК примерно на 1400 градусов.

Анализируя полученные данные, нетрудно видеть, что в течение первых 5…10 с каждого переходного режима температура катода почти не увеличивается. Это объясняется тем, что характерное время   t_c   установления температуры в сердечнике, определяющее скорость передачи тепла из сердечника к катоду, составляет приблизительно 5 с:

.

Поэтому в случае выбора топлива с плохой теплопроводностью (например, двуокиси урана) можно ожидать существенного (примерно на порядок) увеличения тепловой инерционности ЭГК.

Сравнение скорости увеличения максимальной температуры катодов и скорости увеличения средней температуры теплоносителя для различных переходных режимов показывает, что в условиях, обеспечиваемых допущениями об изменении площади холодильника-излучателя и расхода теплоносителя, принципиально возможным является быстрое (за несколько десятков секунд) форсирование мощности энергоустановки.

В заключение следует отметить, что наличие многополостной структуры на поверхности катодов ЭГК не изменяет характера переходного процесса. Все нестационарные характеристики имеют такой же вид, как и для ЭГК с гладкими катодами.

6.    Результаты расчета стационарных характеристик ЭГЭ в кнудсеновском режиме и расчет массогабаритных характеристик ЯТЭУ