The economical parameter survey program for long-term transient temperature distribution and stress analysis around the sodium level of the liquid metal fast breeder reactor

Abstract

The thermal stress around the sodium level of the LMFBR reactor vessel, caused by the axial temperature distribution during heat-up and cool-down transient conditions, is one of the most important problems for a reactor vessel designer, especially in a conceptual design stage. Key parameters relating to plant operating transient conditions and reactor vessel main configuration should be settled carefully, thermal stresses not being allowed to exceed design stress limits. In order to examine the sodium level thermal stress easily and economically, a simple computer program for parameter survey has been developed. This program uses a one-dimensional Fourier series solution in transient temperature distribution analysis, and an analytical stress solution based on shell theory in stress value estimation. This paper presents a simplified and economical calculation method for the axial temperature distribution and stress value in the LMFBR operating transient conditions, and analysis examples obtained with this computer program.

Zusammenfassung

Der durch die axiale Temperaturverteilung während der Übergangsphase von Aufheizen und Abkühlen verursachte thermische Streß rund um den Natriumfüllstand des LMFBR-Reaktorkessels ist für den Reaktorkesselkonstrukteur, besonders im Entwurfstadiuni eines der wichtigsten Probleme. Die mit den transienten Operationsbedingungen der Anlage und der Gestaltung des Reaktorkessels in Beziehung stehenden Grundparameter müssen sorgfältig ermittelt werden, um zu verhindern, daß der thermische Streß die geplanten Streßgrenzen nicht überschreitet. Um den thermischen Streß um den Natriumfüllstand, leicht und ökonomisch zu bestimmen, wurde ein Komputerprogramm für die Parameterübersicht aufgestellt. In diesem Programm wird von einer eindimensionalen Fourrierreihe zur Analyse der transienten Temperaturverteilung und einer auf der Schalentheorie von Streßwertbestimmungen basierende analytische Lösung Gebrauch gemacht. Im vorliegenden Artikel werden eine vereinfachte und wirtschaftliche Berechnungsmethode für die axiale Temperaturverteilung und Streßwerte bei transienten Arbeitsbedingungen mitgeteilt und mit diesem Komputerprogramm ausgeführte Analysenbeispiele angegeben.

Резюме

Термическое напряже ние, возникающее вокр уг уровня натрия в баке жидкометаллическог о быстрого реактора-р азмножителя (ЛМФБР) и вызванное акс иальным распределением темп ературы в условиях на грева и охлаждения, является наиболее важной проблемой для констр укторов ядерных реак торов, в особенности, на стади и проектирования. Ключевые параметры, к асающиеся эксплуата ционных нестационарных усло вий и основной конфигурации бака яд ерного реактора, долж ны быть тщательно установле ны, а исследуемые термические напряже ния не должны превыша ть установленные преде лы. С целью простого и экономичного опреде ления термического н апряжения уровня натрия, разраб отана простая программа, которая ис пользует решение одн оразмерных фурье-рядов при анали зе нестационарного температурного расп ределения, а аналитич еское решение паряжение ос новано на теории оболочек при определ ении величины напряж ения. Представлен упрощен ный и экономичный метод расчета аксиал ьного распределения температуры и величины напряжени я в реакторе ЛМФБР, а также показан ы примеры анализа, про веденного с помощью компьютерн ой программы.