Оценка влияния неравномерности пропитки графитового блока реактора ИГР ураном на его термопрочностные характеристики

Аннотация

В работе представлены результаты численного междисциплинарного анализа топливного элемента исследовательского импульсного реактора теплоемкостного типа (ИГР). Топливный элемент реактора ИГР представляет собой графитовый блок, пропитанный раствором уранилдинитрата. Во время работы реактора графитовые блоки могут разогреваться до высоких температур за короткое время, что, в совокупности с неравномерностью пропитки блока ураном, которая обусловлена технологическим процессом его изготовления, приводит к появлению внутренних структурных напряжений. Целью данной работы является расчетная оценка величины термических напряжений возникающих в графитовом блоке. Для проведения такой оценки построены две расчетные модели графитового блока. Одна модель предназначена для выполнения нейтронно-физических расчетов с использованием верифицированной модели активной зоны реактора ИГР и кода MCNP, другая – для проведения термопрочностного анализа в программном комплексе ANSYS. Термопрочностной анализ включает в себя два последовательных расчета – тепловой и структурный (прочностной). Обе модели были разработаны таким образом, чтобы иметь максимально схожую топологию, поскольку это напрямую влияет на правильное распределение энерговыделения по объему блока при передаче результатов нейтронно-физического расчета в тепловую модель.

Была смоделирована работа графитового блока в составе активной зоны реактора во время пуска продолжительностью 4 с на стационарной мощности 2 ГВт с последующим расхолаживанием в течение 5 с. Получены численные значения и эпюры распределения температуры и напряжений, возникающих в объеме блока. Результаты проведенного анализа подтверждают влияние неравномерности пропитки графитового блока реактора ИГР раствором уранилдинитрата на его термопрочностные характеристики.