The thermal-hydraulic calculation in a fuel cartridge when the symmetry of fuel rods packing is broken

Abstract

In the work, the problem of convective heat transfer in the fuel cartridge with fuel rods, including the case of broken symmetry in the packing of rods, is solved with new design tools of the R-functions method and the program complex POLYE. The developed design tools for constructing the equations of the boundaries of domains with translational and cyclic types of symmetry made it possible to significantly reduce the quantity of operations with a subsequent automation of this process, and, consequently, to reduce the time for solving problems. Problems are solved by a variational-structural method. The paper considers the influence of only one rod that breaks the symmetry of the packing, when it is located either in the central or in the peripheral zone of the cartridge, both with keeping the whole bundle parallel and with the rod’s curvature. In the presence of several ”non-standard” rods, it is also important to calculate the temperature field for the cartridge as a whole. Working with the mathematical model of the process and the computational experiment make it possible to study the properties and behavior of the process in various situations without serious consequences, relatively quickly and without significant expenditure.

З використанням нових конструктивних засобів методу R-функцій і програмного комплексу POLYE вирішується сполучена задача конвективного теплообміну в паливній касеті ТВЕЛів, у тому числі в разі порушення симетрії упаковки стрижнів. Розроблені конструктивні засоби побудови рівнянь границь областей з трансляційним і циклічним типами симетрії дозволили істотно зменшити кількість операцій з подальшою автоматизацією цього процесу, а, отже, зменшити і час розв'язання задач. Задачі розв'язуються варіаційно-структурним методом. Розглянуто вплив лише одного стрижня, що порушує симетрію упаковки, і розташованого спочатку в центральній, а потім в периферійній зоні касети як при збереженні паралельності всього пучка, так і в разі викривлення стержня. За наявності декількох "нестандартних" стрижнів істотним також є розрахунок температурного поля для касети в цілому. Робота з математичною моделлю процесу і обчислювальний експеримент дають можливість безболісно, відносно швидко і без істотних витрат досліджувати властивості і поведінку процесу в різних ситуаціях.

С использованием новых конструктивных средств метода R-функций и программного комплекса POLYE решается сопряженная задача конвективного теплообмена в топливной кассете ТВЭЛов, в том числе в случае нарушения симметрии упаковки стержней. Разработанные конструктивные средства построения уравнений границ областей с трансляционным и циклическим типами симметрии позволили существенно уменьшить количество операций с последующей автоматизацией этого процесса, а, следовательно, уменьшить и время решения задач. Задачи решаются вариационно-структурным методом. Рассмотрено влияние лишь одного стержня, нарушающего симметрию упаковки, и расположенного сначала в центральной, а затем в периферийной зоне кассеты, как при сохранении параллельности всего пучка, так и в случае искривления стержня. При наличии нескольких "нестандартных" стержней существенным также является расчет температурного поля для кассеты в целом. Работа с математической моделью процесса и вычислительный эксперимент дают возможность безболезненно, относительно быстро и без существенных затрат исследовать свойства и поведение процесса в различных ситуациях.