Все
 
 
 


Ядерные энергоустановки с циркулирующим топливом на основе гексафторида урана: результаты исследований гидродинамики и теплообмена, приложения, проблемы и перспективы (обзор)
 
Код статьиS056852810000560-7-1
DOI10.31857/S056852810000560-7
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Иосилевский И.  
Аффилиация: Объединенный институт высоких температур РАН
Решмин А.
Аффилиация: МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики
Адрес: Российская Федерация
Лущик В. Г.
Аффилиация: МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики
Адрес: Российская Федерация
Название журналаИзвестия Российской академии наук. Механика жидкости и газа
ВыпускНомер 4
Страницы113-135
Аннотация

Предложения о разработках реакторных систем, в которых в качестве ядерного топлива используется UF6, были выдвинуты в СССР и США еще в 1950-х годах, а начиная с 1970-х реакторы с UF6 стали рассматриваться в качестве источников энергии для космических ядерных энергоустановок (ЯЭУ). Применение UF6, циркулирующего в замкнутом контуре ЯЭУ, позволяет реализовать потенциальные преимущества проточной схемы, обусловленные подвижностью газообразного топлива, по сравнению с существующими ЯЭУ с твердой активной зоной. При различных схемах установок, компоновочных решениях реактора и специальной организации течения в тепловыделяющих элементах (твэл) может быть охвачен диапазон мощности от сотен кВт до десятков МВт. В качестве областей применения энергоустановок с циркулирующим UF6 могут, в частности, рассматриваться: космические ЯЭУ широкого диапазона мощности для электрических и плазменных ракетных двигателей при осуществлении пилотируемого полета на Марс; реактора-лазера с прямой накачкой газовых лазерных смесей осколками деления; наземные атомные электростанции нового поколения с высокими характеристиками по топливному циклу и безопасности. На основании анализа полученных к концу 90-х годов прошлого столетия в СССР и США результатов исследований, представленных в настоящем обзоре, можно сделать вывод, что с точки зрения физики рабочих процессов и конструкционных материалов, стойких в среде UF6, не существует непреодолимых препятствий для создания ЯЭУ с циркулирующим UF6. Сформулирован перечень проблем, решение которых может способствовать дальнейшему развитию этого направления в случае его реализации. В разд. 1 дано описание схем твэлов и приведено экспериментальное обоснование схем организации течения в твэлах. В разд. 2 представлено расчетное и экспериментальное обеспечение разработок, включающее расчет процессов гидродинамики и тепломассообмена, теплофизические и переносные свойства гексафторида урана, особенности гексафторида урана как рабочего тела и воздействие гексафторида урана на конструкционные материалы. В разд. 3 приведен обзор проектов космических энергоустановок замкнутого и открытого типа в широком диапазоне мощностей. В разд. 4 представлено одно из перспективных направлений в области использования ядерной энергии — создание реактора-лазера. В разд. 5 рассмотрены наземные установки, в качестве которых, кроме электростанций, представляют интерес: транспортные энергоустановки; высокотемпературные технологические системы, в частности для производства водорода; установки для получения высоких нейтронных потоков и ряд других. В разд. 6 приведены соображения о проведении стендовых реакторных экспериментов с циркулирующим гексафторидом урана в активной зоне реактора, критичность которого полностью обеспечивается газообразным UF6, которые явились бы завершающим этапом утверждения нового типа источника энергии как в космосе, так и в наземных условиях. В разд. 7 проведен анализ известных публикаций о состоянии исследований в США, которые позволяют предположить, что в США планомерно проводилась обширная программа исследований по использованию ядерных реакторов с циркулирующим UF6 в космической и наземной энергетике, а также применительно к реакторам-лазерам. В разд. 8 перечислен ряд проблем, которые необходимо решить при создании энергетических установок с циркулирующим гексафторидом урана и выполнить большой объем научно-исследовательских работ. Работы по определению облика энергоустановок с циркулирующим UF6 и гидродинамическим процессам в них велись в Центре Келдыша (до 1976 г. — НИИТП) под руководством Анатолия Абрамовича Павельева, автора многих идей в области гидродинамической устойчивости и турбулентности, которые были реализованы в экспериментальных устройствах и методах расчета. В память о его неоценимом вкладе в это направление исследований авторы посвящают ему настоящий обзор.

Ключевые словаядерная энергетическая установка, циркулирующее топливо, гексафторид урана, гидродинамика и теплообмен, теплофизические свойства
Получено09.10.2018
Дата публикации13.10.2018
Кол-во символов3883
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1547

Оценка читателей: голосов 0 

1. Космические двигатели: состояние и перспективы: пер. с англ. / Под ред. Л. Кейвни. М.: Мир, 1988. 454 с.
2. Коротеев А. С., Кошеляев Е. М., Решмин А. И. Космическая электроэнергетика сегодня и завтра // Изв. РАН. Энергетика. 1999. № 5. С. 3.
3. Новиков В. М., Игнатьев В. В. О концепции предельно безопасного ядерного реактора и возможностях высокотемпературных жидкосолевых реакторов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Атомно-водородная энергетика и технология. 1988. Вып. 1. С. 25.
4. Иевлев В. М. Некоторые результаты исследований по газофазному полостному ядерному реактору // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977. № 6. С. 24.
5. Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П.,Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. М.: Норма-Информ, 2001. 414 с.
6. Коротеев А. С., Пришлецов А. Б., Мартишин В. М., Павельев А. А., Щербинин В. П., Решмин А. И., Иосилевский И. Л. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе газофазного ядерного реактора. М.: Машиностроение, 2002. 432 с.
7. Грязнов В. К., Иосилевский И. Л., Красников Ю. Г., Кузнецова Н. И., Кучеренко В. И., Лаппо Г. Б., Ломакин Б. Н., Павлов Г. А., Сон Э. Е., Фортов В. Е. Теплофизические свойства рабочих сред газофазного ядерного реактора / под ред. В. М. Иевлева. М.: Атомиздат, 1980.
8. Павельев А. А., Волков А. В., Мартишин В. М., Навознов О. И., Решмин А. И., Коляда В. В., Мелешков Ю. С., Бекрицкая С. И. Ядерные энергоустановки с циркулирующим UF6. Министерство атомной энергетики и промышленности СССР. Отраслевая юбилейная конф., СССР, г. Обнинск, 15–19 мая 1990 г. / Ядерная энергетика в космосе. Тез. докл. Ч. 1. Докл. советских специалистов. С. 444.
9. Коляда В. В., Мартишин В. М., Павельев А. А., Решмин А. И. Космические ядерные энергоустановки с газообразным делящимся веществом. Ракетно-космическая техника. Вып. 1(134). НИИТП. 1992. С. 52.
10. Том. К. Т., Швенк Ф. К. Системы на основе газофазного ядерного реактора для применений в космосе // Ракетная техника и космонавтика. 1978. № 1. С. 176.
11. Кикоин И. К., Дмитриевский В. А. и др. Стендовый реактор с газообразным делящимся веществом UF6 // Тр. второй междунар. конф. по мирному использованию атомной энергии. Женева, 1958. Т. 2. Ядерные реакторы и ядерная энергетика. М., 1959. С. 232.
12. Павельев А. А. Беседа о безопасном варианте ядерной энергетики / В сб. “Он между нами жил... Воспоминания о Сахарове” ФИАН РАН. М.: Практика, 1996. С. 447.
13. Павельев А. А. Формирование и расчетная модель неравновесных турбулентных течений: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М.: МФТИ, 1986.
14. Лущик В.Г. Гидродинамика, тепло- и массообмен в тепловыделяющих элементах энергоустановок на основе газофазного ядерного реактора: дис. ... д-ра техн. наук. М.: КБЭМ, 1987.
15. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Уравнения переноса для характеристик турбулентности: модели и результаты расчетов // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Механика жидкости и газа. 1988. Т. 22. С. 3.
16. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13.
17. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Управление турбулентными пограничными слоями: результаты экспериментов и расчетные модели // Механика и научно-технический прогресс. Т. 2. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. С. 67.
18. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40.
19. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4.
20. Лущик В. Г., Павельев А. А., Решмин А. И., Якубенко А. Е. Влияние граничных условий на переход к турбулентности в пограничном слое на пластине при большом уровне внешних возмущений // Изв. РАН. МЖГ. 1999. № 6. С. 111.
21. Лущик В. Г., Якубенко А. Е. Трение и теплообмен в пограничном слое на проницаемой поверхности при вдуве инородного газа // ТВТ. 2005. Т. 43. № 6. С. 880.
22. Лущик В. Г., Павельев А. А., Якубенко А. А. Уравнение переноса для турбулентного потока тепла. Расчёт теплообмена в трубе // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. № 6. С. 42.
23. Белянин В. С. Теплофизические свойства гексафторидов урана и вольфрама. Обзор № 1. Сер. Теплофизические свойства веществ. Теплофизический центр АН СССР. ИВТАН. М., 1976.
24. Гурвич Л. В., Юнгман В. С., Дорофеев О. В., Горохов Л. Н., Мунвез С. С. Термодинамические свойства газообразной системы U-F. Препринт ИВТАН № 1-0018. 1977.
25. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / под ред. В. П. Глушко. М.: Наука, 1982.
26. Казанский К. А., Новиков В. М. Тепло- и электрофизические свойства смесей гексафторида урана с благородными газами в области температур (1×11)×103 К и давлений 0.1–100 атм // Теплофизика высоких температур. 1976. Т. 14. № 3. С. 450.
27. Грязнов В. К., Иосилевский И. Л., Фортов В. Е. Термодинамика ударно-сжатой плазмы в представлениях химической модели: в сб. “Ударные волны и экстремальные состояния вещества” / ред. В. Е. Фортов, Л. В. Альтшулер, Р. Ф. Трунин, А. И. Фунтиков. М.: Наука, 2000. C. 299; Springer-Verlag, 2004. P. 437.
28. Iosilevskiy I., Gryaznov V. Uranium critical point problem // J. Nucl. Materials. 2005. V. 344. P. 30.
29. Сенченков А. П. Исследование свойств металлического пара и плотной плазмы при высоких температурах и давлениях: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М.: ИАЭ, 1976.
30. Добкин С. В., Сон Э. Е. Определение лучистой теплопроводности гексафторида урана из экспериментов по нагреву в ядерном реакторе // Теплофизика высоких температур. 1991. Т. 29. № 3. С. 468.
31. Ратников Е. Ф., Тетельбаум С. Д. Газы как теплоносители и рабочие тела ядерных энергетических установок. М.: Атомиздат, 1978. 192 с.
32. Беседина Л. А., Соловьев В. Р. Лазеры с ядерной накачкой. Обзор по материалам отечественной и зарубежной печати за 1970–1980 гг. // ГОНТИ-8. 1981. Сер. 4. № 35 (79).
33. Дмитриевский В. А., Воинов Е. М., Тетельбаум С. Д. Применение гексафторида урана в ядерных энергетических установках // Атомная энергия. 1970. Т. 29. Вып. 4. С. 251.
34. Воинов Е. М., Дмитриевский В. А., Тетельбаум С. Д. К анализу некоторых энергетических схем с использованием UF6 // Изв. вузов. Энергетика. 1973. № 11. С. 131.
35. Иевлев В. М., Артамонов К. И., Павельев А. А. и др. Газофазный ядерный реактор с гидродинамическим удержанием делящегося вещества // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Атомно-водородная энергетика и технология. 1981. Вып. 1 (8). С. 74.
36. Артамонов К. И. и др. Ядерные ракетные двигатели и энергоустановки с газофазным ядерным реактором: Обзор по материалам зарубежной печати за 1971–1979 гг. // ГОНТИ-8. 1980. Сер. 4. № 28 (71).
37. Смирнов В. С. Энергетические реакторы с газофазным топливом // Атомн. техн. за рубежом. 1981. № 10. С. 16.
38. Diaz N. J., Dugan E. Gaseous core reactor for electrical power generation // Atomkernenergie — Kerntechnik. 1980. Bd 36. № 3.
39. Diaz N. J., Dugan E., Han K. I. A technical description of the heterogeneous gas core reactor. Florida Univ., Gainesville (USA). Dept. of Nuclear Eng. Sciences. 1986. P. 25.
40. Diaz N. J., Dugan E. Heterogeneous gas core reactor. US Patent 4415525. 1983.
41. Diaz N. J. Gas core reactors // Nucl. Techn. 1985. V. 69. № 5. P. 129.
42. Things looking up for space nuclear power // Nucl. News. 1985. № 11. P. 131.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх