Розділ 2
ПРЕДМЕТ І МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Вибір предмета дослідження
Відповідно до теми дисертаційного дослідження та в рамках його об'єкта в якості
предмета дослідження були обрані інформаційні моделі симетричних у
просторі-часі високоінтенсивних теплових процесів. Оскільки передбачуваним
місцем практичного використання таких моделей є системи автоматизованого
управління, при виборі конкретного об'єкта такого управління виходили з
наступних міркувань.
По-перше, у процесі роботи об'єкта в ньому повинні відбуватися процеси
теплопереносу, що впливають на результати його роботи.
По-друге, об'єкт автоматизованого управління або його окремі частини повинні
бути симетричними.
По-третє, процеси теплопереносу в об'єкті повинні бути досить швидкими, щоб
управління цими процесами в реальному часі представляло істотну проблему.
В якості об'єкта із такими властивостями була обрана система спеціалізованого
контролю ядерного палива на АЕС (ССКЯП), призначена для вивчення характеристик
полів іонізуючих випромінювань навколо тепловиділяючих збірок (ТВЗ) в умовах
басейну витримки в безпосередній близькості від ТВЗ. Система є спеціалізованим
спектрометром гамма-випромінювання, призначеним для підводних вимірювань.
Основу системи складає пристрій детектування (ПД) СЕГ-02 на базі
напівпровідникового детектора з телуриду кадмію, призначений для реєстрації і
перетворення квантів гамма-випромінювання в пропорційні по амплітуді електричні
сигнали з наступною обробкою в спектрометричному підсилювачі і передачі в
амплітудний аналізатор.
Система призначена для відпрацьовування методів контролю стану ядерного
палива, відпрацьовування і налагодження алгоритмів і програм обробки
обмірюваних спектрів з метою виявлення ТВЗ, які містять тепловиділяючі елементи
(ТВЕЛ) з негерметичними оболонками шляхом вимірювання власного
гамма-випромінювання ядерного палива.
Безпосередньо блок детектування виготовлений зі ступенем захисту IP65 стандарту
МЕК 529. Для забезпечення можливості проведення вимірювань під водою в басейні
витримки блок детектування міститься в герметичний сталевий бокс (рис. 2.1).
При цьому система відповідає вимогам виконання IP68 стандарту МЕК 529 і
дозволяє проводити вимірювання випромінювання ТВЗ під водою на глибині до 15
м.
Блок живлення і посилення розташовується в окремому конструктиві і складається
з низьковольтного джерела живлення 12В, керованого блоку живлення ТЕО +6В и
аналогового процесора, призначеного для підсилення, формування, фільтрації і
селекції сигналу з ПД.
Для зв'язку блоку детектування з блоком підсилення і управління
використовуються кабелі, довжина яких може сягати 20 м. У комплект постачання
входить два комплекти кабелів: довжиною 15 м у звичайному виконанні – для
настроювання вимірювального тракту системи і довжиною 20 м у герметичному
виконанні – для проведення вимірювань у басейні витримки на АЕС.
За умовами роботи з метою забезпечення термостабілізації чуттєвого елемента
детектора його корпус закривається ребристою кришкою-радіатором (рис. 2.2),
взаємодіючою з керованим потоком рідини, у яку занурений детектор в процесі
його роботи.
Ребриста кришка датчика має високий ступінь симетрії, що дозволило спростити
задачі побудови й аналізу процесів теплопереносу і за рахунок різкого зниження
часової складності зв'язаних з інформаційним моделюванням обчислень здійснити
управління термостатуванням у реальному часі.
Рис. 2.1. Сталевий бокс для пристрою детектування СЕГ-02.
Рис. 2.2. Ребриста кришка боксу пристрою детектування СЕГ-02.
2.2. Методика побудови і перетворення інформаційних моделей
2.2.1. Перехід до просторово-часових інформаційних моделей
Як випливає з огляду літератури, останнім часом широке поширення одержали
чисельні методи розв’язання задач теплопередачі, які складаються з
дискретизації досліджуваного об'єкта, побудові електричних схем-аналогів
процесів передачі тепла через дискретний елемент і об'єкт у цілому з наступним
створенням і аналізом інформаційної моделі схеми.
Чисельні методи рішення задач теплопередачі дозволяють поширити інформаційне
моделювання нестаціонарних теплових потоків на об'єкти складної конфігурації.
Розмірність одержуваних при цьому ММ залежить від ступеня дискретизації об'єкта
на елементи і від ММ самих елементів. Однак, крім розмірності ММ (кількості
рівнянь у системі), не менш важливим чинником є і вид цих рівнянь.
Розглянемо одновимірний нестаціонарний тепловий потік крізь стрижень,
аналітичною моделлю якого є "одновимірне" рівняння теплопровідності Фур'є:
, (2.1)
де Т – температура; а – коефіцієнт температуропровідності матеріалу стрижня; х
– просторова координата; t – час.
Виходячи з електротеплової аналогії [94], що ставить у відповідність
електричній напрузі U – температуру Т; електричному опору R – величину,
зворотну теплопровідності, 1/l; електричній ємності С – теплоємність с;
електричному струму I – щільність теплового потоку q; перейдемо від теплових
процесів до електричних еквівалентних схем.
Розглянемо для приклада одновимірну задачу. Для цього розіб'ємо простір на
окремі елементи і побудуємо електричну модель елемента (рис. 2.3 а) [94].
Рис. 2.3. Електрична схема дискретного елемента моделі теплопередачі в
одновимірному просторі (а), у випадку високоінтенсивного процесу (б) і
двовимірному просторі-часі (в).
ММ електричного аналога цього елемента являє собою композицію рівнянь, які
витікають із законів Ома і Кірхгофа:
(2.2)
де U – напруги у відповідних вузлах; i – струми у відповідних гілках; R – опір
- Київ+380960830922