Розпізнавання передаварійних теплогідравлічних процесів у водоохолоджуваних ядерних енергетичних реакторах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Руйнація оболонок ТВЕЛ через виникнення на їх поверхні тепловіддачі кризи кипіння теплоносія створює реальну загрозу безпеці водоохолоджуваних (ВО) енергетичних ядерних реакторів (ЯР). Існуючі засоби контролю активних зон (АкЗ) та комп'ютерні комплекси моніторингу технологічних параметрів ядерних енергетичних установок (ЯЕУ) не забезпечують виявлення таких аномальних і передаварійних теплогідравлічних процесів (ТГП) у тепловиділяючих збірках (ТВЗ) ВО ЯР, як початок генерації парової фази та подальший розвиток пузиркового кипіння аж до настання кризи тепловіддачі. Надійність ядерних енергоблоків з сучасними та перспективними ВО реакторними установками (РУ) некиплячого (ВВЕР, PWR) та киплячого (РБМК, BWR) типу може бути істотно підвищена шляхом введення до структури АСУ ТП АЕС спеціалізованих інтелектних програмно-технічних засобів, які здатні забезпечити ефективний контроль режимів генерації парової фази в АкЗ цих ЯР на основі раннього автоматичного розпізнавання аномальних та передаварійних ТГП на поверхні ТВЕЛ. Автоматична ідентифікація фізично нечітких, через їх ймовірнісну природу, передаварійних та аномальних режимів тепловіддачі при кипінні теплоносія має бути забезпечена з високою надійністю і в реальному масштабі часу. Відомо, що стохастичні флуктуаційні складові сигналів датчиків ряду технологічних параметрів АкЗ ЯР, (т.з. реакторні шуми) містять значущу діагностичну інформацію стосовно характеру процесу фазового переходу при кипінні теплоносія на поверхні ТВЕЛ. Проте, через невідповідність існуючих методів детермінованого контролю параметрів ЯР реальній ймовірнісній природі «реакторних шумів», ця інформація фактично втрачається. З огляду на це актуальною науковою проблемою є розробка та практична реалізація комплексу методів раннього автоматичного розпізнавання передаварійних та аномальних ТГП в АкЗ ВО енергетичних ЯР за шумами технологічних параметрів РУ. Вирішення цієї проблеми має бути забезпечене на основі створення ряду ефективних математичних моделей інтелектної діагностики режимів генерації парової фази на поверхні ТВЕЛ та програмно-технічних засобів для їх комп'ютерної реалізації.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення комплексу нових - інтелектних - математичних моделей автоматичної комп'ютерної діагностики нештатних режимів теплозйому в АкЗ ВО енергетичних ЯР та розробка ефективних методів розпізнавання цих режимів, а також програмно-технічних засобів, практична реалізація яких забезпечує раннє автоматичне виявлення та надійну автоматичну ідентифікацію передаварійних та аномальних режимів кипіння теплоносія на поверхні тепловіддачі ТВЕЛ за параметрами стохастичних флуктуаційних складових сигналів датчиків технологічних параметрів РУ.

Реалізація цієї мети обумовила необхідність послідовного вирішення комплексу наступних наукових завдань:

1. Виконати системний аналіз фізичного механізму аварійних ТГП в АкЗ ВО РУ (криз тепловіддачі 1-го і 2-го роду), а також аномальних ТГ режимів ТВЗ, таких, насамперед, як початок кипіння теплоносія на поверхні тепловіддачі ТВЕЛ та високочастотна коливальна термоакустична нестійкість (ТАН) парогенеруючих каналів (ПК) реактора, виникнення яких становить потенційну загрозу безпеці ЯЕУ і є можливим в процесі експлуатації сучасних енергетичних ЯР. Зазначений аналіз виконати на основі систематизації відомих теоретичних моделей і експеримен-тальних даних про кризи тепловіддачі, а також наявної інформації стосовно фізичних особливостей виникнення та розвитку аномальних ТГП. Оцінити можливості раннього безконтактного виявлення аномальних та передаварійних режимів теплоз'йому в АкЗ ВО ЯР та розробити відповідні вимірювальні засоби.

2. Виконати цикл експериментальних досліджень діагностичних параметрів ТГП, що підлягають розпізнаванню, в умовах лабораторних стендів, а також у натурних ТВЗ енергетичних ЯР в процесі їх експлуатації. Виконати аналіз інформаційних характеристик параметрів розпізнавання та діагностичних ознак, які можуть бути використані для автоматичної ідентифікації передкризових явищ на поверхні ТВЕЛ, а також ТГ аномалій в АкЗ ВО ЯР відповідно до вимог безпечної експлуатації РУ.

3. Створити комплекс математичних моделей і обчислювальних методів, що забезпечують можливість надійного автоматичного розпізнавання початкових фаз виникнення передаварійних і аномальних ТГП у АкЗ ВО ЯР за шумами технологічних параметрів РУ. Розробити комплекс програмно-технічних засобів, що забезпечують ефективну комп'ютерну реалізацію вказаних моделей інтелектної шумової діагностики режимів генерації парової фази на поверхні тепловіддачі ТВЕЛ.

4. Впровадити для АкЗ ВО реакторів ВВЕР і РБМК розроблені програмно-технічні комплекси інтелектної діагностики, що забезпечують раннє виявлення та автоматичне розпізнавання передкризових явищ на поверхні ТВЕЛ і потенційно небезпечних ТГ аномалій у ТВЗ (початок кипіння, виникнення ТАН та ін.). На основі розроблених методів інтелектної діагностики ТГ режимів ПК виконати локальну верифікацію ряду відомих розрахункових співвідношень для визначення критичного теплового потоку (КТП), початку кипіння, а також карт режимів течії двофазного діабатного потоку теплоносія, які використовуються у сучасних комп'ютерних ТГ кодах для прогнозування умов виникнення аномальних і аварійних ТГП в АкЗ ВО ЯР.

1. Системний аналіз сучасного стану проблеми автоматичної діагностики режимів теплоз'йому в АкЗ ВО ЯР, що є актуальною для експлуатаційної безпеки АЕС

З позицій аналізу функціональних можливостей сучасних технічних засобів та систем підтримки операторів (СПО) АЕС відзначено нові - інформаційні - аспекти безпеки ЯЕУ, що стали особливо актуальними за останні роки. Розглянуто можливості якісного покращення тієї критично недостатньої інформаційної підтримки операторів блочних щитів управління (БЩУ), яку нині надають операторам ЯЕУ існуючі моніторингові комплекси систем внутрішньореакторного контрою (СВРК), СПО та інші засоби АСУ ТП АЕС. Проаналізовано сучасні вимоги щодо суттєвого вдосконалення тієї обмеженої інформаційної підтримки оперативного персоналу РУ, що здійснюється нині на основі сучасних обчислювальних засобів ергатичного типу (СВРК, СПО та ін.), в яких процес формування діагностичних рішень покладено безпоседеньо на операторів цих комп'ютерних комплексів. Конкретизовано перелік невирішених науково-технічних питань, що стосуються проблеми раннього автоматичного розпізнавання практично неконтрольованих сучасними засобами АСУ ТП АЕС експлуатаційних та передаварійних режимів ТГ характеру. Розглянуто комплекс проблем автоматичного розпізнавання тих передаварійних режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ, які передують виникненню ТГ аварії (кризи тепловіддачі в АкЗ), але, разом з тим, практично не можуть бути виявлені за допомогою існуючих технічних засобів контролю РУ. В контексті вищезазначених проблем автоматичної оперативної діагностики ТГП підкреслено, що експлуатація АкЗ сучасних ВО РУ здійснюється на рівні режимних параметрів ЯР, які є близькими до гранично припустимих. В особливій мірі це стосується досягнутого за останні роки рівня густини теплового потоку на поверхні ТВЕЛ. В умовах високої теплонапруженості цієї поверхні, рівень якої є об'єктивно зумовленим пріоритетом підвищення техніко-економічних показників ЯЕУ, ймовірність непередбачуваного виникнення аномальних та передаварійних режимів теплоз'йому в АкЗ ЯР діючих АЕС та подальшого розвитку цих режимів до аварійних ТГП, суттєво зросли. Для ВО реакторів позаштатними режимами теплоз'йому є саме аномальні, передаварійні та аварійні режими генерації парової фази при кипінні теплоносія на поверхні ТВЕЛ. Найбільшу небезпеку у базових експлуатаційних режимах цих РУ становить виникнення криз тепловіддачі 1-го та 2-го роду при кипінні теплоносія на поверхні ТВЕЛ в АкЗ відповідно некиплячих (ВВЕР, PWR) та киплячих (РБМК, BWR) ЯР. При виникненні криз тепловіддачі на поверхні кипіння мають місце наступні фізичні процеси: різкий стрибок температури на величину у декілька сотень або десятків градусів; руйнація оболонки ТВЕЛ; вихід високорадіоактивних продуктів поділу безпосередньо у теплоносій. З позицій оцінки особливостей ймовірнісної природи аварійних режимів теплоз'йому у АкЗ, що розглядаються в роботі саме як діагностичні об'єкти, відзначено головні фізичні особливості кризи 1-го роду, яка відповідає умовам переходу пузиркового кипіння у його аварійний плівковий режим. Крім того, охарактеризовано фізичні особливості розвитку кризових явищ 2-го роду, що зумовлені пересиханням пристінної рідинної мікроплівки теплоносія на початку переходу дисперсно-кільцевого режиму його плину до дисперсної структури двофазного парорідинного потоку. Відзначено такі головні проблеми автоматичної діагностики цих кризових явищ:

1. Існуючі емпіричні розрахункові кореляції для визначення інтегральної характеристики кризи тепловіддачі, що відповідає досягненню qкр, тобто аварійного рівня щільності цього критичного теплового потоку (КТП) на поверхні ТВЕЛ, не можуть бути ефективно використані для надійного оперативного прогнозування криз тепловіддачі 1-го та 2-го роду. Причина цього полягає не лише в недостатньо високій надійності існуючих залежностей по КТП, що є ймовірносною фізичною величиною, але й у відсутності оперативної інформації стосовно ряду важливих локальних параметрів процесу тепловіддачі на поверхні ТВЕЛ (зокрема, розподілів масової швидкості теплоносія та його ентальпії у суттєво нерівноцінних ТГ стільниках ТВЗ).

2. Поряд із суто передаварійними ТГП, формування яких у ТВЗ відповідає початковим фазам розвитку кризових явищ на поверхні ТВЕЛ, оперативному автоматичному розпізнаванню підлягає також ряд потенційно небезпечних ТГ аномалій. Серед них слід відзначити: початок кипіння теплоносія на поверхні ТВЕЛ; не передбачені регламентом експлуатації режими плину діабатного парорідинного потоку, позаштатні рівні його масового паровмісту; режими термоакустичної нестійкості (ТАН) теплоносія у ТВЗ. Cучасні технічні засоби моніторингу стану АкЗ ЯР (комплекси СВРК, КВП та А, СПО, а також інші підсистеми АСУ ТП АЕС) не забезпечують виявлення перелічених ТГ аномалій та передаварійних режимів теплоз'йому.

3. Стохастичний характер сигналів датчиків ряду технологічних параметрів ЯР (зокрема, нейтронного потоку, тиску теплоносія та ін.) є зумовлений ймовірнісною природою нейтронно-фізичних та ТГП у АкЗ. Випадкова структура цих параметрів проявляється в наявності шумових флуктуаційних складових (т.з. «реакторних шумів») на виході вимірювальних каналів.

4. В результаті досліджень, проведених за останні роки (R. Urig, L. Blumentritt, R. Fuge, А.І. Могільнер та ін.), було з'ясовано, що у реакторних шумах міститься суттєва діагностична інформація про характер технологічних процесів в АкЗ. Втім, ефективні методи вилучення цієї інформації із стохастичних діагностичних сигналів та використання відповідних реакторних шумів для цілей оперативного контролю ТГП у ВО РУ до теперішнього часу є фактично відсутніми.

5. Математичне забезпечення детермінованого типу (воно передбачає використання лише бінарної логіки та булевої алгебри), яке використовується у сучасних інформаційних моніторингових комп'ютерних комплексах СПО АЕС, а саме: ALLY, SPDS, pwVDN (США); KUS'95, PC SUS (ФРН); DMS, PODIA (Японія); СКУД (Росія), - є фактично невідповідним реальній ймовірнісній природі реакторних шумів, а також ТГП, що є випадковими діагностичними об'єктами. У всіх вищезазначених моніторингових системах (включаючи СВРК), діагностичні сигнали піддаються частотній фільтрації, амплітудній дискримінації, осередненню та іншим операціям, в результаті яких ймовірнісна структура цих стохастичних сигналів разом із діагностичною інформацією, яка міститься у цій структурі, втрачаються. Детерміновані підходи до моніторингу умов виникнення кризи тепловіддачі 1-го роду, що були запропоновані за останні роки в Одеському політехнічному інституті (О.Ю.Погосов, О.В.Корольов), також не можуть бути використані для досягнення мети даної роботи. Як відомо, не дали практичних результатів інші відомі спроби виявлення КТП із використанням шумових діагностичних сигналів (А.М.Кічигін та Л.О.Кесова, Є.І.Несіс та Б.М.Дорофеєв, А.І.Могільнер, В.І.Мельников, R.Fuge та ін.).

6. З огляду на вищезазначене, визначальним напрямом якісного вдосконалення функціональних можливостей сучасних інформаційних моніторингових підсистем слід вважати саме інтелектуалізацію процедур інформаційної підтримки операторів ЯЕУ. Головною функцією, яка має бути розроблена і реалізована у комп'ютерних діагностичних системах наступного покоління, слід вважати інтелектну функцію автоматичного розпізнавання таких випадкових об'єктів, якими є аномальні та передаварійні ТГП у ТВЗ. При цьому надійна оперативна (в реальному часі on line) ідентифікація таких ТГП має бути забезпечена на основі інформації, яка міститься в інформаційно значущих реакторних шумах. Вирішення цих завдань вимагає проведення циклу відповідних досліджень та розробки принципово нового математичного і програмного забезпечення, що має скласти основу інтелектуалізації діагностичних функцій перспективних обчислювальних комплексів СПО АЕС.

7. Незважаючи на значну кількість робіт, що за останні десятиріччя були присвячені дослідженню КТП при кипінні теплоносія (як в умовах великого об'єму, так і при його примусовій циркуляції у ПК), слід констатувати, що необхідна глибина та єдність фізичного розуміння головних фізичних механізмів кризових явищ і сьогодні є відсутніми. Лише для недогрітого кипіння існує чотири взаємовиключні фізичні моделі виникнення кризи тепловіддачі 1-го роду, а саме: гідродинамічна (С.С. Кутателадзе); теплова (Г.Н. Кружилін, В.І. Толубінський); термодинамічна (В.П. Скрипов) та модельний підхід, заснований на аналізі структурної динаміки сухих плям на поверхні тепловіддачі у передкризовій області (А.Д. Лабунцов, В.В. Ягов).

8. Згідно з широко відомим гідродинамічним модельним підходом, який у 1950 р. був запропонований С.С. Кутателадзе, структура двофазного пристінкового шару теплоносія, що кипить у пузирковому режимі на поверхні ТВЕЛ, безпосередньо перед кризою 1-го роду якісних змін не зазнає. Відповідно до цих уявлень криза тепловіддачі на поверхні ТВЕЛ розвивається фактично миттєво. За такої динаміки розвитку аварійних кризових явищ їх виникнення принципово не може бути передбачене та своєчасно виявлене системою раннього автоматичного розпізнавання передкризових ТГП. Навпаки, відповідно до модельних підходів Г.Н. Кружиліна, В.І. Толубінського, Д.А. Лабунцова та W. Rohsenow, виникнення кризових явищ є процесом, суттєво розподіленим в часі через послідовну структурну перебудову двофазного пристінкового шару в процесі формування аварійного плівкового режиму кипіння. З цих позицій криза 1-го роду принципово є прогнозованим фізичним явищем.

Таким чином, вирішення актуальної науково-технічної проблеми, що пов'язана з реалізацією важливої для експлуатаційної безпеки АЕС вимоги раннього автоматичного розпізнавання потенційно небезпечних ТГП в АкЗ ВО ЯР за параметрами інформаційно значущих реакторних шумів, становить головну мету даної роботи. Досягнення зазначеної мети обумовлює необхідність вирішення в дисертації комплексу обумовлених цією метою проблемних задач. Так, насамперед, в зв'язку із неоднозначністю модельних підходів до кризи тепловіддачі при кипінні теплоносія на поверхні ТВЕЛ, має бути виконаний системний аналіз адекватності сучасних фізичних гіпотез стосовно виникнення кризових явищ 1-го та 2-го роду, які розглядаються в даній роботі як складні ймовірнісні діагностичні об'єкти. Поглибленому аналізу кризових явищ присвячено наступний розділ дисертаційної роботи.

2. Системний аналіз фізики кризових явищ на поверхні ТВЕЛ при недогрітому та насиченому кипінні теплоносія в умовах великого об'єму, а також його примусової циркуляції у ПК

При з'ясуванні ряду визначальних фізичних особливостей криз тепловіддачі 1-го та 2-го роду розглянуто, зокрема, наступні принципові аспекти виникнення аварійних кризових режимів теплозйому на поверхні генерації парової фази. Результати експериментів із застосуванням новітніх технологій, які були виконані за останні роки в Японії, США та деяких інших країнах, неспростовно доводять, що реальна структура двофазного парорідинного пристінкового шару у передкризовій області, яка передує виникненню кризи тепловіддачі 1-го роду, знаходиться у цілковитому протиріччі з постулатами того гідродинамічного модельного підходу до виникнення кризи 1-го роду, що був запропонований С.С. Кутателадзе і здобув за минулі десятиріччя широку відомість. Новітні дослідження дозволили одержати беззаперечні експериментальні докази (Y. Hawamura, A. Serizawa, R. Gartner, D. Kirby, В.В. Ягов та ін.) того фізичного факту, що у передкризовій області і навіть за умови виникнення кризи 1-го роду на поверхні тепловіддачі зберігається тонка (завтовшки біля 10-4 м) рідинна плівка теплоносія. Ця плівка, вперше виявлена Y. Katto та S. Yokoya і згодом названа макрошаром, містить у собі інкорпоровані сухі плями, над якими формуються локальні нестабільні парові плівки. Втім, відомо, що гідродинамічна теорія кризи тепловіддачі принципово виключає можливість існування окремих сухих плям не тільки у передкризовій області, але й в умовах досягнення КТП. З огляду на вищезазначене, фізично обґрунтованою альтернативою гідродинамічному підходові слід вважати саме теплову модель кризи тепловіддачі 1-го роду, що заснована на аналізі динаміки зростання щільності центрів пароутворення, а також пов'язаним з цим процесом виникненням та розвитком сухих плям в макрошарі. Можна також вважати остаточно з'ясованим, що сухі плями у передкризовій області на поверхні кипіння, існування яких було доведене ще R. Gartner (1965 р.), є безпосередньою причиною кризи тепловіддачі. Теплова модель кризи тепловіддачі, вперше запропонована Г.М. Кружиліним і розвинута в роботах W. Rohsenow, В.І. Толубінського, Д.А. Лабунцова та В.В. Ягова, є продуктивною також із точки зору розробки підходів до раннього безконтактного автоматичного виявлення аварійних ТГП за параметрами інформаційно значущих реакторних шумів. Поява перших сухих плям в макрошарі та зумовлене ними формування локальних нестабільних парових плівок (при qн.п.к.) у пристінковому шарі біля нижньої межі передкризової області є необхідною передумовою для подальшого розвитку кризових явищ. Останні завершуються виникненням осередків стабільного плівкового кипіння, що призводить до руйнації ТВЕЛ.

Втім, слід також відзначити, що й досі так і не одержано експериментальні дані, які б підтверджували адекватність цієї теплової моделі, що пов'язана з динамікою розвитку сухих плям на поверхні ТВЕЛ, в реальних умовах теплообміну у АкЗ, тобто при кипінні теплоносія у ПК з примусовою циркуляцією та високим рівнем режимних параметрів діабатного парорідинного потоку (великі тиски та масові швидкості теплоносія, його малі недогріви). Причиною відсутності експериментів, які могли б підтвердити адекватність теплової моделі кризи 1-го роду є, насамперед, невирішеність комплексу проблем безконтактної діагностики двофазних діабатних парорідинних потоків високих параметрів.

Так, за останні роки експериментально доведено, що доля сухих плям в макрошарі в області початку переходу до режиму нестабільного плівкового кипіння (тобто передаварийного ТГ режиму у АкЗ ВВЕР) звичайно не перевищує 1% від загальної площі поверхні ТВЕЛ. Через ймовірносний характер виникнення та локалізації цих плям виявлення режиму нестабільних парових плівок на основі існуючих контактних методів фіксації кризи тепловіддачі (в першу чергу, термометричного методу) є неможливим навіть в умовах дослідницьких установок та ТГ стендів із тепловими імітаторами ТВЕЛ. Очевидно, що ймовірносний за своєю фізикою передаварійний ТГ режим нестабільних плівок принципово не може бути виявлений також і в реальних умовах АкЗ за допомогою існуючих засобів СВРК, КВП та А, СПО. Останні, як зазначено вище, є комп'ютерними комплексами детермінованого типу, що є невідповідним до ймовірносної природи ТГП. Таким чином, автоматичне розпізнавання режиму виникнення нестабільних парових плівок у ТВЗ за параметрами інформаційно значущих реакторних шумів є одним з головних завдань, яке має бути вирішене.

При системному аналізі фізики кризових явищ автором дисертації було сформульовано гіпотези, що підлягали експериментальному доведенню. Перша полягала в тому, що еволюція сухих плям у рідинному макрошарі у передкризовій області в умовах не лише великого об'єму, але й примусової циркуляції теплоносія має універсальний характер. Цей характер обумовлює відповідну динаміку виникнення та розвитку передкризових явищ на поверхні ТВЕЛ, що безпосередньо впливає на формування визначальних діагностичних ознак передаварійного режиму нестабільного плівкового кипіння. Друга гіпотеза є припущенням, що виникнення сухих плям в макрошарі на поверхні кипіння може мати місце не лише в пузирковій, але й у снарядній та емульсійній структурних формах парорідинного потоку, а також в тій частині дисперсно-кільцевого режиму, в якій генерація пари в пристінковій рідинній мікроплівці ще може мати місце (тобто в діапазоні масових паровмістів). Розпізнавання та прогнозування кризових явищ у цьому діапазоні паровмістів, що передує виникненню кризи гідравлічного опору (при досягненні), означає виявлення специфічного «кратерного» механізму формування парових асоціацій у пристінковій рідинній плівці, який вперше було встановлено В.І. Толубінським та В.А. Антоненком, однак, лише для тонких нерухомих рідинних плівок в умовах великого об'єму.

В області верхньої межі дисперсно-кільцевої структури потоку в діапазоні паровмістів генерація пари в рухомій пристінковій рідинній мікроплівці на поверхні тепловіддачі ПК припиняється. Цей факт, що зумовлений суттєвим зменшенням товщини цієї плівки (до декількох мікрометрів), був доведений результатами її голографічного сканування Л.Л. Левітаном та Л.Я. Боревським. Виникнення та розвиток кризи тепловіддачі 2-го роду визначаються стохастичною гідродинамікою процесу зниження витрат теплоносія у пристінковій мікроплівці, а також її масообміном з ядром потоку. З огляду на ці фізичні чинники раннє автоматичне розпізнавання кризи гідравлічного опору ПК, яка спричиняється виникненням пристінкової мікроплівки, слід вважати обов'язковою передумовою раннього виявлення кризи тепловіддачі 2-го роду на поверхні ТВЕЛ у реакторах киплячого типу (РБМК, BWR). Виявлення цієї передаварійної області в нижній частині діапазону паровмістів може бути забезпечене на основі використання спектральних параметрів флуктуацій гідравлічного опору ПК.

Поряд із важливою для забезпечення ТГ надійності АкЗ вимогою раннього виявлення початкових фаз виникнення криз тепловіддачі, розпізнаванню за параметрами реакторних шумів підлягають також ТГ аномалії, виникнення яких може призвести до пошкодження ТВЗ. Це, насамперед, стосується початку кипіння теплоносія у АкЗ реакторів ВВЕР, а також режимів ТАН у ТВЗ ВО ЯР. В результаті виконаного аналізу цих проблем встановлено необхідність застосування безконтактних методів виявлення цих ТГ аномалій за параметрами реакторних шумів.

3. Обґрунтування та викладення розробленої дисертантом статистичної багатоальтернативної непараметричної (СБН) моделі розпізнавання аномальних та передаварійних ТГП в АкЗ на основі інформації, яка міститься у спектральних параметрах інформаційно значущих реакторних шумів. Системний аналіз фізичних та інформаційних особливостей цих сигналів, а саме: флуктуацій нейтронного потоку в АкЗ реакторів ВВЕР, акустичного шуму в киплячому теплоносії та пульсацій гідравлічного опору ПК

Ці аналітичні результати становлять фізичне підґрунтя для розробки СБН моделі розпізнавання, а також реалізації наступних етапів роботи. На цій основі конкретизовано нижченаведені базові аспекти розробки інтелектного діагностичного підходу до ідентифікації ТГП, а також сформульовано наступний комплекс проблем, що були вирішені при проведенні циклу експериментальних досліджень:

1. Акустичний шум у киплячому теплоносії є результатом суперпозиції некогерентних імпульсів тиску від парових пузирів в процесі динаміки зміни їх об'єму на центрах пароутворення. Між параметрами автоспектральної повності (АСП) цього шуму у киплячому теплоносії та режимами генерації парової фази існує ймовірнісний взаємозв'язок. Аналогічна кореляція має місце також між режимами плину двофазного діабатного потоку теплоносія та пульсаціями гідравлічного опору у ПК. Стохастичні параметри АСП акустичної емісії кипіння містять істотну діагностичну інформацію про характер процесу фазового переходу на поверхні ТВЕЛ, що локалізована у спектральному діапазоні з частотою 15,0 кГц. Інформаційно значущі параметри АСП пульсацій гідравлічного опору ПК, як це показано у розділі Г.2, мають знаходитися у діапазоні 20,0 Гц. Оскільки дані реальних експериментів, які б могли підтвердити це припущення, були відсутні, дефіцит інформації мав бути вичерпаний шляхом проведення в дисертації комплексу експериментальних досліджень параметрів АСП пульсацій гідравлічного опору ПК.

2. Параметри АСП акустичного шуму киплячого теплоносія досліджено лише в умовах генерації парової фази у великому об'ємі та в діапазоні достатньо низьких (близьких до атмосферного) тисків. Аналогічні дані стосовно інтегральних характеристик та спектральних параметрів АСП акустичної емісії процесу кипіння в умовах примусової циркуляції теплоносія в експериментальних ПК та в реальних ТВЗ ВО ЯР до виконання даної роботи були відсутні. З огляду на це мав бути виконаний комплекс відповідних досліджень параметрів АСП акустичного шуму при кипінні теплоносія в експериментальних ПК з тепловими імітаторами ТВЕЛ та в натурних ТВЗ ЯР.

3. Спектральні параметри флуктуаційних складових діагностичних сигналів, що реєструються штатними електронно-емісійними детекторами потоку нейтронів (ДПЗ) системи СВРК в реакторах ВВЕР, містять інформацію про характер ТГ та інших технологічних процесів у АкЗ. Встановлено, що стохастична структура АСП та параметри когерентної спектральної повності (КСП) нейтронного шуму на виходах ДПЗ у частотному діапазоні 1 Гц зумовлюються, переважно, коливаннями термалізаційних властивостей уповільнювача нейтронів при його кипінні.

4. Взаємозв'язок, що існує між режимами генерації парової фази на поверхні ТВЕЛ та флуктуаціями нейтронного потоку, має ймовірнісний характер. Крім генерації пари, флуктуації нейтронного потоку у АкЗ ВВЕР зумовлюються також вібраціями внутрішньокорпусних елементів РУ, органів регулювання, радіолізом теплоносія та пульсаціями тиску в першому контурі. В роботі зроблено висновок, що зазначені фактори унеможливлюють детерміновану візуальну ідентифікацію ТГП у водо-водяних ЯР за параметрами АСП та КСП нейтронного шуму.

5. Фазове зрушення між одномірними сигналами ДПЗ з різними аксіальними координатами по висоті АкЗ у одному нейтронному вимірювальному каналі (НВК) ТВЗ ВВЕР зумовлюється, головним чином, характером структури двофазного потоку між суміжними нейтронними детекторами. Наявність такої кореляції є необхідною передумовою для розробки та реалізації математичної моделі тріангуляційної діагностики основних класів парорідинних структур за параметрами КСП двомірних сигналів нейтронного шуму. Дослідження ймовірнісних характеристик АСП та КСП нейтронного шуму в АкЗ ВВЕР у необхідному поєднанні з температурними вимірюваннями поверхонь ТВЕЛ в умовах реальних АкЗ до виконання даної роботи не проводилися. З метою вирішення проблем тріангуляційної діагностики ТГП на основі розробленого автором підходу в роботі було виконано комплексні реакторні експерименти щодо автоматичного розпізнавання областей локалізації ТГП за висотою ТВЗ..

6. Засадничі математичні аспекти проблеми оперативної ідентифікації режимів теплозйому в АкЗ проаналізовано в Додатку Г.1, де критично оцінено відомі статистичні підходи до автоматичного розпізнавання випадкових об'єктів різної фізичної природи. На цій основі сформульовано такі принципові вимоги щодо розробки СБН моделі розпізнавання: а) високий рівень надійності автоматичного розпізнавання багатоелементної множини класів штатних, аномальних та передаварійних ТГП має бути забезпечений при достатньо малих об'ємах статистичних виборок, що використовуються для навчання системи; б) відомі параметричні та непараметричні статистичні методи розпізнавання вищезазначеній вимозі стосовно істотних обмежень на об'єм навчальних статистичних масивів не задовольняють.

З урахуванням цих принципових вимог розробці підлягає модель розпізнавання СБН типу, що за вказаних вище умов здатна забезпечити ідентифікацію наступних класів ТГП з множини, яка, зокрема, для можливих експлуатаційних станів АкЗ ЯР типу ВВЕР включає: режим конвективного теплоз'йому; початок кипіння; розвинене пузиркове кипіння; передаварійний режим нестабільного плівкового кипіння; аварійний стан кризи тепловіддачі 1-го роду. Автоматична ідентифікація цих класів має бути забезпечена на основі розпізнавання відповідних випадкових об'єктів з множини на основі множини діагностичних ознак, що мають бути сформовані на основі реалізацій АСП або КСП стохастичних інформаційно значущих реакторних шумів. Зазначена модель має відповідати наступним умовам розпізнавання: множина класів є відомою і фізично обґрунтованою; суттєвих обмежень на отримання представленої множиною апріорної статистичної інформації про класи множини немає. Таким чином, математична формалізація цієї моделі розпізнавання виглядає наступним чином. По-перше, випадкові об'єкти, які необхідно ідентифікувати, складають множину (алфавіт) класів образів, де: конкретний клас даної множини; загальне число класів у даному алфавіті; поточний номер класу. По-друге, сукупність реалізацій випадкових об'єктів даного алфавіту класів складає іншу множину, де: якась конкретна реалізація; загальне число неоднакових реалізацій; поточний номер реалізації. При розпізнаванні має місце нерівність. По-третє, ознакою об'єкту, що підлягає розпізнаванню, є його кількісний опис, причому сукупністю ознак алфавіту класів є множина, де: деяка конкретна ознака; загальне число ознак; поточний номер ознаки. В геометричній інтерпретації кожний об'єкт розпізнавання може бути представлений вектором у багатомірному просторі, мірність якого визначається числом обраних ознак. Образ являє собою сукупність реалізацій об'єктів, які належать одному із класів, що в мірному ознаковому просторі займає деяку область.

Представлена вище модель розпізнавання ТГП СБН типу потребувала експериментальної перевірки в умовах ТГ стендів, а також у реальних ТВЗ ВО енергетичних ЯР. Для її реалізації було розроблено відповідне технологічне та методичне забезпечення, яке розглянуто в наступному розділі диссертації.

4. Опис дослідницьких ТГ стендів, експериментальних робочих ділянок з тепловими імітаторами ТВЕЛ, розроблених автором високотемпературних акустичних діагностичних сенсорів, натурних реакторних каналів, схем вимірювань, а також методики досліджень

Наведено: конструкції експериментальних робочих ділянок з тепловими імітаторами ТВЕЛ; схеми двох дослідницьких ТГ стендів потужністю у 90 кВт та 1,0 МВт з тиском теплоносія відповідно до 1,0 МПа та до 40,0 МПа; конструктивні особливості двох натурних ТВЗ ВО ЯР типу РБМК та ВВЕР; технічні описи та метрологічні характеристики створених в даній роботі високотемпературних радіаційно стійких п'єзоелектричних перетворювачів (сенсорів) для діагностики ТГП. Вищезазначене обладнання склало необхідну технологічну базу для виконанння циклу експериментальних досліджень спектральних параметрів інформаційно значущих реакторних шумів. Комплекс цих параметрів відповідно до штатних, аномальних, передаварійних та аварійних режимів генерації парової фази на поверхні теплових імітаторів ТВЕЛ та у натурних ТВЗ ЯР було досліджено в умовах примусової циркуляції теплоносія. Дослідження було реалізовано: а) в шести різних типах експериментальних ПК кільцевої, циліндричної та стрижневої геометрії з електронагрівом трубчатих теплових імітаторів ТВЕЛ, що встановлювались в цих робочих ділянках; б) в натурних ТВЗ реакторів РБМК-1000 та ВВЕР-440, розташованих безпосередньо в АкЗ цих ЯР.

Проведено аналіз та виконано фізичне обґрунтування комплексу технічних вимог, що мали бути реалізовані при розробці та створенні п'єзоперетворювачів сигналів динамічного тиску в теплоносії високих параметрів в умовах потужного радіаційного впливу. Ці перетворювачі повинні забезпечувати: а) високу чутливість в значущій частині спектру акустичного діапазону коливань, а також у інфразвуковій області сигналів динамічного тиску; б) високий рівень температури Кюрі, що гарантує відсутність деполяризації магнітних доменів п'єзоелектрика в зоні високих температур; в) відносно незначні габарити і тривалу працездатність в умовах високих тисків та значних масових швидкостей теплоносія; г) достатні механічну стійкість і експлуатаційний ресурс в умовах впливу радіаційних полів високої інтенсивності; д) високу чутливість, що здатна забезпечити виявлення не тільки стану активації перших центрів пароутворення на поверхні ТВЕЛ, але й початкових фаз переходу до нестабільного плівкового кипіння. Аналіз стану розробки діагностичних сенсорів із зазначеними функціональними властивостями дав змогу констатувати наступне: 1) датчики, що задовольняють таким вимогам, до теперішнього часу є практично відсутніми; 2) п'єзоелектричні перетворювачі мають суттєві переваги відносно інших типів датчиків; 3) розробка сенсорів із такими функціональними можливостями є необхідною передумовою циклу досліджень термоакустичних процесів у ПК.

В розділі представлено результати виконаних автором дослідно-конструкторських розробок, що завершилися створенням серії високотемпературних та радіаційностійких діагностичних сенсорів зануреного та притискного типів на основі штучно вирощуваних кристалів ніобату літію (зріз кристалу відносно головної оптичної осі під кутом 360).

Реалізація задач автоматичного контролю режимів теплоз'йому у АкЗ ВО ЯР зумовила необхідність виконання циклу експериментальних досліджень діагностичних параметрів інформаційно значущих реакторних шумів, а саме: 1) сигналів динамічного тиску (акустичного шуму) в теплоносії; 2) флуктуацій нейтронного потоку в АкЗ реакторів ВВЕР; 3) пульсацій гідравлічного опору ПК. Конструкції двох з шести досліджених типів експериментальних робочих ділянок, а саме: кільцевої та стрижневої геометрії з електронагрівом трубчатих теплових імітаторів ТВЕЛ, та з встановленими в цих ПК акустичними сенсорами (рис. 2) представлено на рис. 3. Геометрія досліджених є типовою для систем охолодження АкЗ сучасних енергетичних ВО ЯР. Таким чином, використані в роботі конструкції шести експериментальних ПК забезпечили можливість реалізації повного циклу досліджень параметрів термоакустичних та гідродинамічних діагностичних сигналів відповідно до основних класів ТГП на поверхні ТВЕЛ. Ці дослідження було виконано в умовах штатних, аномальних, передаварійних та аварійних режимів теплозйому з поверхні тепловіддачі теплових імітаторів ТВЕЛ у діабатних парорідинних потоках в широкому діапазоні тисків, масових швидкостей та вхідних недогрівів теплоносія 00С, а також в інтервалі теплових навантажень досліджуваних ПК.

З урахуванням суттєвої нерівномірності профілю аксіального енерговиділення в реальних АкЗ ЯР, одна з конструкцій експериментальних ПК, а саме: робоча ділянка кільцевої геометрії з нерівномірним зовнішнім поздовжнім електрообігрівом, - імітувала особливості теплообміну на поверхні реальних ТВЕЛ. Ця конструкція забезпечила можливість дослідження термоакустичних процесів в цьому кільцевому ПК при рівнях коефіцієнтів максимальної та середньої нерівномірностей енерговиділення. Іншу робочу ділянку - стрижневу збірку з семи імітаторів ТВЕЛ - було облаштовано системою відбору проб двофазного діабатного потоку з характерних (центрального, кутового та бокового) ТГ стільників. Така особливість збірки забезпечила можливість дослідження параметрів АСП термоакустичних діагностичних сигналів в основних режимах кипіння теплоносія на поверхні ТВЕЛ в комплексі з вимірюваннями розподілів його масових швидкостей та ентальпій за перерізом ТВЗ у відповідності до запропонованого G. Hewitt ізокінетичного методу.

Таким чином, вищезазначене експериментальне обладнання у складі: шість різних типів модельних ПК з тепловими імітаторами ТВЕЛ, два ТГ стенди, два дослідницькі реакторні канали, розроблені дисертантом високотемпературні п'єзоелектричні сенсори, вимірювально-реєструючі та обчислювальні комплекси, а також створені в дисертації спеціалізовані програмно-технічні засоби для аналізу та ідентифікації шумових діагностичних сигналів, - склали необхідну технологічну базу для реалізації циклу досліджень діагностичних параметрів аномальних та передаварійних режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ. Результати цих досліджень представлено у п'ятому та шостому розділах дисертації.

5. Результати виконаного автором в умовах ТГ стендів циклу досліджень термоакустичних процесів у двофазних діабатних парорідинних потоках

Цей експериментальний цикл було присвячено вирішенню принципових проблем шумової діагностики ПК, що пов'язані, зокрема, з особливостями акустичної емісії процесу генерації парової фази в штатних, аномальних, передаварійних та аварійних режимах тепловіддачі. Експериментальні та аналітичні результати цих досліджень доповнюють також Додатки Е.1 та Е.2. Комплекс зазначених експериментів мав на меті з'ясувати: 1) характер та особливості взаємозв'язку спектральних та інтегральних діагностичних ознак термоакустичних сигналів з режимами теплообміну при кипінні в ПК та кризою тепловіддачі 1-го роду; 2) інформаційно значущі спектральні діапазони цих сигналів та можливість формування на їх основі багатомірного ознакового простору основних класів ТГП в ПК за наявності шумового фону насосної групи та в діапазоні режимних параметрів процесу теплообміну, що відповідає реальним умовам теплозйому в АкЗ ВО ЯР; 3) фізичну природу та особливості розвитку термоакустичних коливань (ТАК) у ПК; 4) комплекс визначальних фізичних чинників, що зумовлюють виникнення ТАН; 5) вплив ТАК на можливість та характер руйнації поверхні тепловіддачі у докризовому діапазоні теплових навантажень ТВЕЛ; 6) можливі підходи до використання інформаційно значущих спектральних діапазонів термоакустичних діагностичних сигналів для надійної ідентифікації початкових фаз виникнення аномальних та передаварійних ТГП; 7) спектральні параметри АСП пульсацій гідравлічного опору ПК та взаємозв'язок цих параметрів з основними класами структурних форм діабатного парорідинного потоку з метою раннього виявлення кризи тепловіддачі 2-го роду. За результатами виконаних досліджень встановлено наступне:

1. Стохастичні спектральні складові, що зумовлюють певний тип структури АСП термоакустичних сигналів в кожному з основних режимів тепловіддачі містять значущу діагностичну інформацію стосовно характеру процесу генерації парової фази на поверхні ТВЕЛ. Цю інформацію локалізовано у спектральному діапазоні АСП пульсацій динамічного тиску у ПК, який є суттєво відмінним від АСП маскуючого акустичного фону циркуляційних насосів. Значущі складові АСП акустичної емісії процесу кипіння зберігаються також і за умов кавітації на елементах циркуляційного контуру. Ймовірнісний зв'язок, що існує між основними режимами генерації парофої фази та спектральними параметрами відповідних складових АСП акустичної емісії процесу кипіння, має місце у всьому практично важливому (відповідно до реальних умов теплозйому в АкЗ ВО ЯР) діапазоні режимних параметрів процесу теплообміну.

Аналіз даних представленого на рис. 6 експерименту, а також інших виконаних автором досліджень діагностичних ознак режимів генерації парової фази із використанням синхронної реєстрації параметрів ТГП і термоакустичних сигналів дав змогу з'ясувати наступні принципові аспекти ідентифікації основних класів процесу тепловіддачі при кипінні теплоносія на поверхні ТВЕЛ:

а) спектральна структура АСП термоакустичних діагностичних сигналів в умовах виникнення аномальних та передаварійних ТГП зазнає відповідних змін, які зумовлені відмінностями умов генерації парової фази. Про це свідчать, зокрема, АСП акустичного шуму в теплоносії, що відповідають активації перших центрів пароутворення (клас, спектри №№ 4, 5) та виникненню нестабільного плівкового кипіння (клас, спектр № 9) на поверхні ТВЕЛ;

б) значущі спектральні діапазони АСП акустичного шуму в класах та є зумовленими характером динаміки процесу генерації парової фази на поверхні ТВЕЛ та пов'язаною з цією динамікою структурою імпульсів динамічного тиску при активації центрів пароутворення, а також низькочастотними флуктуаціями об'єму перших нестабільних парових плівок при їх формуванні на поверхні кипіння у передкризовій області;

в) структура АСП термоакустичних сигналів в аномальних та передаварійних режимах генерації пари суттєво відрізняється від такої за відсутності кипіння, тобто при наявності штатного (для реакторів ВВЕР) режиму конвективної тепловіддачі;

г) характерна трансформація структури АСП діагностичних сигналів має місце також і за умов переходу тепловіддачі у ПК до подальшого розвитку ТГ аномалії, тобто до режиму розвиненого пузиркового кипіння. Однією з ознак переходу до цього режиму є, зокрема, формування характерних флікер-спектрів акустичного шуму в умовах збільшення щільності активних центрів пароутворення на поверхні ТВЕЛ. Ця структура спектрів акустичного шуму у пузирковому режимі плину двофазного діабатного парорідинного потоку є зумовленою суперпозицією окремих стохастичних імпульсів тиску від некогерентно змінюючих свій об'єм пузирів в процесі їх росту та деградації;

д) структурна трансформація АСП акустичного шуму має місце також і за умов переходу до аварійного кризового режиму тепловіддачі (клас, спектр № 10), що супроводжується формуванням стійкого плівкового кипіння. Відносна стабілізація парових асоціацій зі збільшеними розмірами відзначається як зменшенням їх частоти, так і інтенсивності пульсацій їх об'єму при виникненні кризи 1-го роду. Відповідний перерозподіл рівнів спектральної густини АСП в цьому режимі кипіння супроводжується зменшенням інтенсивності високочастотних складових пузиркового кипіння та збільшенням інтенсивності його низькочастотної частини в інфразвуковій зоні;

е) суттєві відмінності структури АСП термоакустичних сигналів у основних режимах генерації парової фази на поверхні ТВЕЛ становлять необхідні фізичні передумови для комп'ютерної реалізації процедур автоматичної ідентифікації багатоелементної множини ТГП у фізично адекватному ознаковому просторі на основі запропонованої у третьому розділі СБН моделі розпізнавання.

2. Аналіз характеру спектральних складових АСП режиму розвиненого пузиркового кипіння свідчить про присутність у структурі цих спектрів інтенсивної гармонічної складової з частотою 130 Гц. Її наявність є характерною ознакою виникнення в досліджуваній збірці ТВЕЛ (за умови формування в ній пузиркової структури двофазного потоку) високочастотної ТАН теплоносія в умовах глибокого недогріву. Режими ТАН проявляють себе як акустичні резонансні коливання потоку між межами відбиття стоячих хвиль тиску, які формуються за цих умов у ПК. Полігармонічні за своєю структурою ТАК, що супроводжують режими ТАН, мають характерні ознаки коливальної системи зі стоячих хвиль тиску, відповідні моди яких з частотою цих коливань періодично впливають на процес генерації парової фази в пучностях зареєстрованих в АСП гармонічних складових. З позицій цієї фізичної моделі виникнення ТАН у ПК, що є акустично подібним до резонатору типу «вузька труба», поверхня кипіння якого (особливо в умовах глибоких недогрівів теплоносія) є фізично обмеженою акустичними межами відбиття хвиль тиску із суттєво відмінними рівнями хвильового опору цих меж. Останні формуються на обох кінцях поверхні обігріву ПК довжиною . В зазначених умовах ПК у широкополосному шумі розвиненого пузиркового кипіння виділяє та резонансно підсилює ті спектральні складові, що відповідають дискретному ряду його власних резонансних частот. Слід підкреслити, що збудження цих гармонічних коливань може мати місце лише за умов досягнення у ПК резонансного рівня паровмісту, який безпосередньо зумовлює (це встановлено, зокрема, F.J. Moodi) величину швидкості звуку у парорідинній суміші. У відповідності до цієї моделі, режим виникнення ТАН, яка зумовлюється, таким чином, резонансним збудженням ТАК з їх полігармонічною спектральною структурою, має супроводжуватися різким зростанням інтегральної інтенсивності акустичного шуму у ПК, що є локалізованим у достатньо вузькому (резонансному) діапазоні паровмістів потоку в його пузирковій структурній формі.

3. Експериментальним підтвердженням розглянутої резонансної моделі ТАН є отримані в роботі дані про умови виникнення ТАК та динаміку трансформації спектральної структури цих коливальних процесів у двофазних діабатних потоках. Резонансний характер зростання у ПК, на якому представлено типову експериментальну залежність для ПК кільцевої геометрії в комплексі з результатами термометрії та синхронної реєстрації АСП акустичної емісії процесу кипіння. Ці дані свідчать про наступне: а) термоакустична коливальна нестійкість ПК проявляє себе у вигляді областей полігармонічних коливань високої інтенсивності, виникнення яких у пузирковій структурі двофазного діабатного потоку зумовлене формуванням резонансного рівня паровмісту та досягненням відповідної швидкості звуку с; б) з урахуванням визначального впливу на формування ТАК швидкість звуку у паро рідинній структурі є параметром ТАК, спектральний склад яких вона безпосередньо зумовлює; в) розвиток ТАК у ПК має місце лише на дискретному ряді мод резонуючого парорідинного стовпа відповідно до умов виникнення в ньому акустичних резонансів.

4. Результати експериментів свідчать, що тиск теплоносія, його масова швидкість та вхідний недогрів є визначальними чинниками формування резонансного рівня паровмісту в ПК, що безпосередньо зумовлює виникнення ТАК. Вплив є також і опосередкованим, оскільки його зменшення призводить до більш раннього виникнення ТАН, якщо за умови, досягнення резонансних рівнів паровмісту у ПК є можливим.

5. Особливості руйнації ПК за умов виникнення ТАН є фізично зумовленими характером структури резонансних коливань тиску, які в пучностях ТАК ініціюють термічне циклування поверхні генерації парової фази та локальне зменшення рівня КТП на поверхні кипіння з частотою домінуючої спектральної моди акустичного резонансу. Кожна з таких домінантних мод є, загалом, подібною до представлених на рис. 9 осцилограм та відповідних їм АСП. Наведено фотографії двох зруйнованих теплових імітаторів ТВЕЛ, характер та розрахункові параметри руйнації поверхні яких є підтвердженням зазначеної резонансної моделі впливу ТАК на процес теплообміну. Показово, що характерний дискретно-хвильовий характер наскрізного пошкодження цих двох різних геометрій ТВЕЛ в експериментальних ПК є зареєстрованим саме в умовах докризової тепловіддачі, тобто ще у пузирковому режимі кипіння та при теплових навантаженнях поверхні тепловіддачі, що є суттєво меншими за розрахунковий рівень КТП. Гармонічний характер спектрів ТАК, які було зареєстровано в цих експериментах, ілюструють також рис. 10, в, г, де представлено відповідні АСП цих акустичних резонансів ПК, що мали місце в умовах руйнації представлених теплових імітаторів ТВЕЛ.

Параметри експериментів, розрахункова довжина хвиль ТАК та відповідні їм частоти, що практично співпадають із зареєстрованими в умовах руйнації ТВЕЛ частотами домінуючих гармонічних складових АСП термоакустичних сигналів в цих каналах наведено в п'ятому розділі.

Наведені на рис. 10 фотографії, що ілюструють множинний дискретно-хвильовий характер руйнації поверхні ТВЕЛ, підтверджують коректність резонансної моделі ТАН. Так, зокрема, відстань між зонами локального наскрізного пошкодження поверхні ТВЕЛ практично співпадає з розрахунковою довжиною хвилі відповідної домінантної моди в спектрах ТАК, що представлені на цій же ілюстрації. Як відомо, для конкретної геометрії ПК та заданого типу аксіального енерговиділення на поверхні ТВЕЛ при фіксованих рівнях параметрів, , величина КТП може бути розрахована на основі існуючих емпіричних залежностей для визначення кризи тепловіддачі 1-го роду. Показово, що у зазначених ТГ умовах, зокрема, при рівномірному аксіальному енерговиділенні, криза тепловіддачі виникає лише у вихідному перерізі ПК та має виключно одиничний характер наскрізного пошкодження поверхні кипіння. В той же час, представлені на рис. 10 а, б випадки руйнації ТВЕЛ в умовах ТАК свідчать про специфічний, а саме: множинний та дискретно-хвильовий, - характер пошкодження поверхонь кипіння , який виник у докризовому діапазоні, що був значно меншим за розрахунковий рівень КТП. Рівні теплового навантаження поверхні тепловіддачі цих зруйнованих ТВЕЛ у зазначених умовах відповідно становили 0,33 та 0,42.

6. За результатами виконаних досліджень можна вважати експериментально доведеним, що трансформація структури АСП термоакустичних сигналів у спектральній області 0,1 кГц зумовлена, головним чином, саме формуванням перших осередків нестабільного плівкового кипіння на поверхні ТВЕЛ. Наявність цього зв'язку підтверджує факт існування структурної динаміки сухих плям у рідинному макрошарі, які передують виникненню кризи тепловіддачі 1-го роду. Показово, що факт існування сухих плям у передкризовій області принципово заперечується тим гідродинамічним модельним підходом, який був свого часу запропонований С.С. Кутателадзе. Факт трансформації низькочастотної спектральної області АСП акустичного шуму у передкризовій області, що має місце в діапазоні, створює необхідні передумови для раннього автоматичного виявлення початкових фаз виникнення кризових явищ на поверхні тепловіддачі. Виконані в роботі експерименти свідчать про те, що початок переходу до кризи 1-го роду має місце при наступних рівнях: 1) в області 0,1МПа нижня межа передкризової області відповідає співвідношенню 0,5; 2) в області Р 0,3 МПа 0,9.

7. Результати експериментального виявлення початку кипіння теплоносія на поверхні теплових імітаторів ТВЕЛ за параметрами АСП термоакустичних сигналів в експериментальній семистрижневій ТВЗ з нерівноцінними тепло гідравлічними стільниками свідчать про наступне: 1) можливість автоматичної ідентификації цього ТГ режиму; 2) високу інформаційну значущість спектральних складових АСП акустичної емісії процесу генерації парової фази, що забезпечують виявлення стану активації перших центрів пароутворення; 3) недостатню надійність існуючих емпіричних залежностей щодо для розрахунку початку кипіння теплоносія у ПК; 4) фактичну неспроможність використання розрахункових залежностей щодо в реальних умовах експлуатації ЯР через брак надійної оперативної інформації щодо ряду визначальних режимних параметрів процесу тепловіддачі (зокрема, ) у ТГ стільниках ТВЗ, розташованих в АкЗ РУ.