Моделирование осесимметричной теплопроводности в компактных изделиях керамического ядерного топлива с учетом температурных зависимостей теплофизических характеристик
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0023.2018.21.01Ключові слова:
математична модель, теплопровідність, теплофізичні характеристики, керамічне ядерне паливо, коефіцієнт теплопровідності, метод напів-дискретизаціїАнотація
Обговорюються можливості щодо застосування різних математичних формулювань для моделювання осесиметричної теплопровідності компактних виробів керамічного ядерного палива. Показано, що застосування рівняння теплопровідності, записаного відносно температури, може вносити похибки, пов’язані з невизначеністю вихідних даних про похідну температурної залежності коефіцієнта теплопровідності, яка доступна виключно в табличній формі відповідно окремим значенням температури, розділених досить великим кроком. Ця обставина є істотною для моделювання осесиметричної теплопровідності компактних виробів керамічного ядерного палива, оскільки їхня теплопровідність істотно залежить від температури, зменшуючись в 2,5 рази при зміні температури від 323 K до 1073K. Показано, що для вивчення осесиметричної теплопровідності компактних виробів керамічного ядерного палива найбільший інтерес представляє змішана математична формулювання задачі теплопровідності щодо полів температури і вектора теплового потоку, оскільки відповідні такому формулюванню диференціальні рівняння не містять похідною температурної залежності коефіцієнта теплопровідності. При цьому похибки, що вносяться апроксимацією значень коефіцієнта теплопровідності за наявними табличними даними, будуть обмежені похибкою апроксимації значень коефіцієнта теплопровідності, яка легко контролюється за наявними табличними даними про значеннях коефіцієнта теплопровідності. Для вирішення задачі теплопровідності, сформульованої в змішаній формі щодо полів температури і вектора теплового потоку, пропонується використовувати метод напів-дискретизації, який зводить розглянуту задачу до визначення залежностей від часу шуканих величин в окремих точках досліджуваної області компактного виробу керамічного ядерного палива. Для цього пропонується за допомогою використання скінчених різностей замінювати похідні тільки по просторовим координатам, на не по часу, що дозволить отримати звичайні диференціальні рівняння з початковими умовами для визначення вузлових значень шуканих величин.Посилання
Wang Y., Zhou X., Kou M. Peridynamic investigation on thermal fracturing behavior of ceramic nuclear fuel pellets under power cycles. Ceramics International, 2018, vol. 4, issue 10, pp. 11512– 11542.
Saoudi M., Staicu D., Mouris J., Bergeron A., Hamilton H., Naji M., Freis D., Cologna M. Thermal diffusivity and conductivity of thorium- uranium mixed oxides. Journal of Nuclear Materials, 2018, vol. 500, pp. 381–388.
Zhou W., Liu R., Revankar S. T. Fabrication methods and thermal hydraulics analysis of enhanced thermal conductivity UO2–BeO fuel in light water reactors. Annals of Nuclear Energy, 2015, vol. 81, pp. 240–248.
Kheradmand Saadi M., Bashiri B. Neutronic and thermal-hydraulic analysis of alternative ceramic fuels in the next-generation of light water reactors. Progress in Nuclear Energy, 2016, vol. 87, pp. 89–96.
Huang H., Spencer B., Hales J. Discrete element method for simulation of early-life thermal fracturing behavior in ceramic nuclear fuel pellets. Nuclear Engineering and Design, 2014, vol. 278, pp. 515–528.
Hahn D. W. ,Özişik M. N. Heat Conduction. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2012. 718 p.
Yener Y., Kakac S. Heat Conduction. New York – Abingdon: Taylor & Francis Group, LLC, 2008. 455 p.
Jiji L. M. Heat Conduction. Berlin–Heidelberg: Springer–Verlag, 2009. 431 p.
Petukhov B. S., Genin L. G., Kovalev S. A. Teploobmen v yadernykh energeticheskikh ustanovkakh [Heat transfer in nuclear power plants] / ed. B. S. Petukhov. Moscow: Atomizdat Publ., 1974. 408 p.
Chirkin V.S. Teplofizicheskiye svoystva materialov yadernoy tekhniki: spravochnik [Thermophysical properties of nuclear engineering materials: a reference book]. Moscow: Atomizdat Publ., 1968. 484 p.
Yefimov A., Romashov Yu., Yesypenko T., Chibisov D. Numerical methods for heat conductivity problems solving to research the temperature state of ceramic nuclear fuel. Bulletin of NTU "KhPI". Series: Power and heat engineering processes and equipment, Kharkшv, NTU "KhPI" Publ., 2018, no. 13 (1289) , pp 33–36.
Hoffman J. D., Frankel S. Numerical Methods for Engineers and Scientists. New York–Basel, Marcel Dekker Inc., 2001. 823 p.
##submission.downloads##
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Системний аналiз, управління та iнформацiйнi технологiїАвтори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
