Thermal analysis of certain accident conditions of dry spent nuclear fuel storage

Thermal analysis of accident conditions is an important problem during safety assessment of the dry spent nuclear fuel storage facilities. Thermal aspects of accident conditions with channel blockage of ventilated storage containers are considered in this article. Analysis of flow structure inside ventilated containers is carried out by numerical simulation. The main mechanisms of heat and mass transfer, which take part in spent nuclear fuel cooling, were detected. Classification of accidents on the basis of their influence on the maximum temperatures inside storage casks is proposed. Keywords: Spent nuclear fuel, Thermal processes, Ventilation duct blockag

Unsteady heat exchange at the dry spent nuclear fuel storage

Unsteady thermal processes in storage containers with spent nuclear fuel were modeled. The daily fluctuations of outer ambient temperatures were taken into account. The modeling approach, which is based on the solving of conjugate and inverse heat transfer problems, was verified by comparison of measured and calculated temperatures in outer channels. The time delays in the reaching of maximal temperatures for each spent fuel assembly were calculated. Results of numerical investigations show that daily fluctuation of outer temperatures does not have a large influence on the maximal temperatures of stored spent fuel, so that fluctuation can be neglected and only daily average temperature should be considered for safety estimation using the “best estimation” approach

КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ КЕРОВАНОСТІ ДЛЯ РОБОТИЗОВАНИХ КОЛІСНИХ ПЛАТФОРМ З ВРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕНЬ РИВКІВ РУХІВ

The computer simulations are considered as the required tool to design the suitable autonomous control systems optimal in different senses and especially in providing the restrictions of the jerk motions for the robotic wheeled platforms. The subject matter of this research is the development of the theory and methods for computer simulations of the controllability processes of the robotic wheeled platforms. The goal of this research is to consider the jerks of the wheeled platforms, and the jerks are reduced to the limitation of the acceleration time derivative of the mass center of the wheeled platform, so that this derivative is considered as the quantitative estimation of the jerks. The incorrectness in the Hadamard's sense for direct defining the jerks by differentiations of the phase coordinates in the case of computer simulations using the numerical methods is discussed. Tasks of this research are in developing the generalized approaches for mathematical modelling and computer simulations and in theoretical receiving of the properties inherent for the wheeled platforms and suitable for verification the computer simulations results, as well as in making the calculations to have the quantitative results about the controllability processes for the particular case of the electromechanical four-wheeled platform under the straight motion with the mode of speeding-up from the state of the rest. Methods of this research are based on the Lagrange's equations of second kind, as well as on the electromechanical analogies, and on final representing the mathematical models in the form of the system of the first ordered ordinary differential equations with the initial conditions for further numerical solving. The computer simulations are accomplished by using the Scilab free open source software. Results of this research are in the proposed suitable way for computing the jerks by the phase coordinates without its differentiations allow excluding the incorrectness in the Hadamard's sense, as well as in representing the controllability processes for the electromechanical wheeled platform, including the results for the velocities, the accelerations and the jerks which are necessary to illustrate the controllability processes for the robotic wheeled platforms. By comparison with the theoretically established inherent properties of the wheeled platforms it is shown the correctness of the results of the computer simulations. Conclusions about this research are that the developed approaches for computer simulations of the controllability processes for the robotic wheeled platforms allow considering influence of the control on the different characteristics including the velocity, the acceleration, as well as the jerk motions which are required for designing the controls optimal in different senses.Компьютерное моделирование рассматривается как необходимый инструмент для проектирования подходящих автономных систем управления, оптимальных в различных смыслах и, особенно, в обеспечении ограничения рывков движений роботизированных колесных платформ. Предметом исследования является разработка теории и методов компьютерного моделирования процессов управляемости роботизированных колесных платформ. Целью данного исследования является рассмотрение рывков колесных платформ, причем рывки определяются производными по времени ускорения центра масс колесной платформы, так что эта производная рассматривается как количественная оценка рывков. Обсуждается некорректность по Адамару вычисления рывков прямым дифференцированием фазовых координат в случае компьютерного моделирования с использованием численных методов. Задачи настоящего исследования заключаются в разработке обобщенных подходов к математическому и компьютерному моделированию; в теоретическом получении свойств, присущих колесным платформам и пригодных для верификации результатов компьютерного моделирования; в проведении расчетов для получения количественных результатов о процессах управляемости для частного случая электромеханической четырехколесной платформы при прямолинейном движении в режиме разгона из состояния покоя. Методы исследования основаны на уравнениях Лагранжа второго рода, а также на электромеханических аналогиях и окончательном представлении математических моделей в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка с начальными условиями для дальнейшего численного решения. Компьютерное моделирование выполняется с использованием бесплатного программного обеспечения Scilab с открытым исходным кодом. Результаты исследования заключаются в том, что предложен корректный способ вычисления рывков по фазовым координатам без их дифференцирования, что позволяет исключить некорректность в смысле Адамара, а также в изучении процессов управляемости электромеханической колесной платформы, в том числе результатов для скоростей, ускорений и рывков, необходимых для иллюстрации процессов управляемости роботизированных колесных платформ. Путем сравнения с теоретически установленными собственными свойствами колесных платформ показана правильность результатов компьютерного моделирования. Выводы по данному исследованию заключаются в том, что разработанные подходы к компьютерному моделированию процессов управляемости роботизированных колесных платформ позволяют учитывать влияние управления на различные характеристики, включая скорость, ускорение, а также рывки движений, необходимые для проектирования оптимального в разных смыслах управления.Комп'ютерне моделювання розглядається як необхідний інструмент для розробки відповідних автономних систем управління, оптимальних у різних сенсах, і, особливо, щодо забезпечення обмежень ривків рухів для роботизованих колісних платформ. Предметом дослідження є розробка теорії та методики комп'ютерного моделювання процесів керованості роботизованих колісних платформ. Метою даного дослідження є врахування ривків колісних платформ, які визначаються похідними за часом прискорення центру мас колісної платформи, так що ця похідна розглядається як кількісна оцінка ривків. Обговорюється некоректність у розумінні Адамара визначення ривків шляхом прямого диференціювання фазових координат у разі комп'ютерного моделювання за допомогою обчислювальних методів. Завдання даного дослідження полягають у розробці узагальнених підходів щодо математичного та комп’ютерного моделювання та в теоретичному отриманні властивостей колісних платформ, що придатні для перевірки результатів комп’ютерного моделювання, а також у проведенні розрахунків для отримання кількісних результатів щодо процесів керованості для конкретного випадку електромеханічної чотириколісної платформи при прямолінійному русі в режимі розганяння зі стану спокою. Методи цього дослідження базуються на рівняннях Лагранжа другого роду, а також на електромеханічних аналогіях та на остаточному представленні математичних моделей у вигляді системи звичайних диференціальних рівнянь першого порядку з початковими умовами для подальшого обчислювального розв’язування. Комп'ютерне моделювання виконується за допомогою вільного програмного забезпечення Scilab з відкритим кодом. Результати цього дослідження полягають у запропонованому коректному способі обчислення ривків через фазові координати без їхнього диференціювання, що дозволяє виключити некоректність у розумінні Адамара, а також представити процеси керованості для електромеханічної колісної платформи, включаючи результати для швидкості, прискорення та ривків, які необхідні для ілюстрації процесів керованості роботизованих колісних платформ. Шляхом порівняння з теоретично встановленими властивостями колісних платформ показано правильність результатів комп'ютерного моделювання. Висновки щодо цього дослідження полягають у тому, що розроблені підходи щодо комп’ютерного моделювання процесів керованості роботизованих колісних платформ дозволяють врахувати вплив керування на різні характеристики, включаючи швидкість, прискорення, а також ривки рухів, які необхідні для проектування управління, оптимального в різних сенсах

РАЗРАБОТКА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ДЛЯ ПОСЛЕДНИХ СТУПЕНЕЙ ЦИЛИНДРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ МОЩНЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН

The main design studies of JSC “Turboatom” are highlighted when creating a working blade made of titanium alloy with an active part length of 1200 mm for the last stages of K-1000-60/3000 turbines. It is noted that complex calculations for blades made of titanium alloy for the last stages of the low-pressure cylinder of powerful steam turbines are an urgent task. A three-dimensional calculation of the strength of these blades was carried out, the stress-strain state and displacements at different values of the natural frequency of the blade were determined. The calculation of the bladed disk of the stage of the low pressure cylinder is performed. The dynamic frequencies of natural vibrations are determined for various rotation frequencies of the turbine rotor. A feature of manufacturing technology that provides for the control assembly on the process disk is indicated. The blades made of titanium alloy manufactured by JSC “Turboatom”, considered in this work, are successfully operated on K-1000-60/3000 turbines of the South Ukrainian and Khmelnitsky nuclear power plants.Освещены основные конструкторские проработки АО «Турбоатом» при создании рабочей лопатки из титанового сплава с длиной активной части 1200 мм для последних ступеней турбин К-1000-60/3000. Отмечено, что комплекс расчетов для рабочих лопаток из титанового сплава для последних ступеней цилиндра низкого давления мощных паровых турбин является актуальной задачей. Проведен трехмерный расчет на прочность указанных лопаток, определено напряженно-деформированное состояние и перемещения при разных значениях собственной частоты лопатки. Выполнен расчет облопаченного диска ступени цилиндра низкого давления. Определены динамические частоты собственных колебаний для различных частот вращения ротора турбины. Указана особенность технологии изготовления, которая предусматривает контрольную сборку на технологическом диске. Рабочие лопатки из титанового сплава производства АО «Турбоатом», рассмотренные в данной работе, успешно эксплуатируются на турбинах типа К-1000-60/3000 Южно-Украинской и Хмельницкой атомных станция

Increase of the Efficiency of Heat Supply Units of the CHP Plants Due to the Choice of Rational Heat Release Modes

The possibilities of increasing the efficiency of heat supply turbines of CHPPs due to the choice of rational modes of operation of network water heaters are analyzed. With the help of a software and computing complex developed at the Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine and adapted by the authors to the operating conditions of CHPP generating equipment with one or two network heaters, a set of calculation studies of various ways of connecting them depending on the outdoor air temperature is conducted in the paper. Areas of positive effect associated with increase in the electric power of the power plant have been established. The calculation study was carried out at typical power plant water consumption from 1000 t/h to 4500 t/h, in the range of changes in the outdoor air temperature from -11 ºС to 10 ºС (heating season) and more than 10 ºС (hot water supply). The load change of the power unit was carried out due to the consumption of fresh steam at a constant pressure and temperature at the turbine inlet. As shown by the results of the operation of the T-100/120-130 heat supply turbine in operating conditions with one or two heat supply steam selections, in the area of positive outdoor air temperatures above 2 ºС, it is advisable to use one lower selection (with the upper one turned off) for all network water consumption. At the same time, additional electric power in the area of outdoor air temperatures above 6ºС can be from 0.25 MW to 2.15 MW. However, when the outdoor air temperature is less than 2 ºС, work with one lower heating selection becomes irrational. From the point of view of choosing rational modes of operation of turbine plants, the most important are the results of determining the optimal distribution of heat load between network heaters. The gain in electrical power of the turbine can be up to 2.46 MW in the nominal mode of operation with two heaters, and up to 7.84 MW in comparison with the use of single-stage heating. The nature of the influence of the distribution of the heat load indicates that during deprivation from the instructional uniform distribution of the heat load between network heaters, it is possible to obtain additional electricity