Автореферат (781853), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Авторомдиссертации была разработана более совершенная математическая модель дляисследования возможности удержания расплава в корпусе быстрого реакторапри тяжелой аварии.Для расчета стадии аварии с разгоном реактора на мгновенных нейтронахбыл создан ряд зарубежных программ. Являясь коммерческими, они не получили распространения в России. Отечественные программы, предназначенныедля расчета энерговыделения в реакторе при разгоне его на мгновенныхнейтронах, были разработаны более тридцати лет назад, и они устарели, так какбыли одномерными.Для расчета параметров реактивностной аварии в быстром реакторе снатриевым теплоносителем, обусловленной разгоном реактора на мгновенныхнейтронах, автором диссертации была создана программа ANPEX – единственная в России программа, в которой реализована двумерная математическая модель процессов разгона реактора на мгновенных нейтронах.

При ее создании12удалось в основном преодолеть упрощающие допущения, принятые Г. Бете иДж. Тайтом.Дано описание экспериментов по исследованию деградации оболочектвэлов при аварии с потерей расхода теплоносителя через тепловыделяющуюсборку. В результате серии экспериментов на стенде «Плутон» (ГНЦ РФ –ФЭИ) получена важная информация для формирования представлений о физической природе механизмов деградации оболочек твэлов. Анализ экспериментальных данных показал необходимость учёта вклада термических напряженийв общий механизм деградации оболочек.

Автор диссертации принимал участиев планировании экспериментов на стенде «Плутон» и осуществлял расчетноесопровождение экспериментов.Представлены результаты испытаний двух макетов устройств самосрабатывающих пассивной аварийной защиты теплового действия в АО «ГНЦ РФФЭИ». По результатам испытаний сделан вывод о том, что специальный сплави другие серебряные сплавы не могут быть использованы для изготовлениятермочувствительных элементов УС-Т в конструктивном исполнении, предполагающем прямой контакт материала с натрием.

Отмечена необходимость проведения расчета с целью определения времени до разрушения термочувствительного элемента. Данный расчет был выполнен автором диссертации.Во второй главе разработан комплекс математических моделей для исследования возможности удержания расплавленного топлива в корпусе быстрого реактора при тяжелой аварии, дано описание результатов верификации кодаБРУТ, выполнен расчетный анализ запроектных аварий в реакторах типа БНбольшой и малой мощности.Впервые разработана достаточно полная математическая модель для расчетного анализа тяжелых запроектных аварий в быстрых реакторах с натриевым охлаждением.Гидродинамика и теплоперенос в подобластях. Расчетная область является многосвязной. Моделируются тепловыделяющий слой; слой натрия надтепловыделяющим слоем; нижняя торцевая зона воспроизводства; газовая полость; коллекторы; напорная камера; внутрикорпусная защита; теплообменники; слой, содержащий корпус реактора и страховочный корпус; опорный пояс;проводящий слой неразрушившихся ТВС боковой зоны воспроизводства, сборок стальной и борной защиты; устройство для сбора топлива; другие внутриреакторные конструкции.Математическое моделирование подобластей как пористых тел выполнено с использованием законов сохранения массы, импульса и энергии, записанных в виде уравнений неразрывности, движения и энергии в цилиндрическойсистеме координат в осесимметричном приближении.13Исходная система уравнений сохранения массы, импульса и энергиипредставлена ниже.Уравнение неразрывностиρε 1 ρ r ε r  ρ  z ε  0 .τr rzУравнения движения теплоносителя в пористом теле z z p1     z  r ρ z   r z Az0ρ   z μr   ρg  eff τrz     z 2μ2divV ,effz 3 zzr r  rz  p      ρ r  b r r  b z r     Ar0 ρ   r  2μ eff r  μ eff  z  r  rz rrr z   rz  τ 12  2μ eff ( r  r ) μ eff div V.rrr3 rУравнение энергии пористого телаTTT 1  T   T ρс p ερс p (r z )  rλ eff ,r    λ eff ,z   Qv  Q .τrz r r r  z z Для твердых тел записывается уравнение нестационарной теплопроводностиT 1   T    T c p r      . r r  r  z  z Граничные условия традиционны для этой системы уравнений.Нормальная компонента скорости на верхней поверхности теплоносителяравна нулю.Для касательной компоненты скорости на верхней поверхности теплоносителя имеем условие скольжения.На оси симметрии для скорости z выполняется условие симметрии, аскорость r равна нулю.На твердых стенках, а также на поверхности фронта плавления накладывается условие прилипания.Теплоотдача от верхней поверхности теплоносителя осуществляется излучением и естественной конвекцией газа.На внешних границах расчетной области также ставится граничное условие 3-го рода с учетом излучения.На оси симметрии выполняется условие симметрии для температуры.Моделирование тепловыделяющего слоя.

В результате термическоговзаимодействия расплавленного топлива с натрием топливо и сталь в виде частиц рассеиваются в верхней камере реактора, а затем оседают на нижней тор-14цевой зоне воспроизводства (НТЗВ) и ТВС боковой зоны воспроизводства. Решена задача формирования тепловыделяющего слоя. Скорость движения частицопределена на основании второго закона Ньютона. В рассматриваемом случаеучтены силы Архимеда, тяжести и сопротивления. Учтено влияние стесненности движения частиц на коэффициент сопротивления. В результате полученоуравнение для определения скорости частиц, которое имеет аналитическое решение. Получены также соотношения для определения времени формированияслоя и его толщины.Выполнено моделирование зон тепловыделяющего слоя.

Плавление частиц стали и топлива учитывается путем моделирования стоков тепла в тепловыделяющем слое. Получена формула для источников концентрации жидкойстали в смеси при плавлении твердых включений стали. Соответственно, можно найти и стоки тепла. Аналогично определяются стоки тепла при плавлениитвердых частиц топлива.Кипение натрия учитывается следующим образом: если в расчетном узле сетки температура на некотором шаге по времени превысит значение, равноетемпературе кипения натрия, то в узле устанавливается температура кипениянатрия, а превышение температуры кипения обуславливает стоки тепла.

Предложена формула для расчета стоков тепла.Рассчитав количество теплоты, которое идет на кипение жидкости наданном шаге по времени, можно найти массу испарившейся на шаге по временижидкости.Зона натрия, расположенная над тепловыделяющим слоем, требует дополнительной детализации. Образовавшиеся пузыри пара натрия всплываютвверх и конденсируются в более холодном натрии. Для оценки толщины слоянатрия, в котором появляются источники тепла от конденсирующегося пара,решена задача движения пузыря пара переменной массы в жидкости.В безразмерных переменных U  w , R  r ,   2t система дифференциgr0r0r0альных уравнений с начальными условиями имеет видdU aU 2  b,d(1)1dRJa  32  c ,d(2)U(0) = 0, R(0)  1,(3)где a(), b , с() ˗ известные коэффициенты.Полученная система уравнений решена численно методом Рунге –Куттачетвертого порядка.

В то же время можно получить приближенное аналитическое решение. В квазистационарном приближении (явный метод) решениямиуравнений (1), (2) с учетом начальных условий (3) являются выражения15U k 1 bth ( ak b τ),ak b2Ja 3 13  сk  2  ln 2 ck1Rk 13  сk   сk  .3  сk   сk  Время τк полной конденсации пузыря пара натрия определяется условиемr  0.Источники тепла при конденсации паров натрия равныKq v  qп /  wd.0На фронте плавления задается температура плавления стали и формулируется условие для определения положения фронта плавления в любой момент времени (условия Стефана)T1  T2  Tm , st , st  st Lm ,effTT ( 2 2   1 1 ) ,nn где   f (r , z, t ) ˗ фронт плавления, производная по нормали через направляющие косинусы cos  и cos  выражается в видеcos   cos .n rzИндекс 1 используется для переменных, относящихся к области расплава,индекс 2 – для переменных, относящихся к плавящейся среде.Уравнение для скорости движения фронта плавления решается численно.Затем определяется глубина проплавления конструкций.Поставлена и решена задача определения напряженного состояния вверхней и нижней плитах напорной камеры для учета возможности механического разрушения плит.Отвод тепла в теплообменниках моделируется с помощью стоков тепла.Получена формула для стоков тепла в зоне с теплообменниками.Приведена методика для расчета параметров второго контура и контуров системы аварийного расхолаживания РУ в рамках рассматриваемой модели.

Соответствующая система уравнений содержит уравнения для определениятемператур в горячей и холодной нитках и расхода теплоносителя в контурециркуляции.Для описания стратификации компонент расплава разработана гомогенно – диффузионная математическая модель. В отличие от строго гомогеннойпостановки в рамках данной модели рассматривается гомогенная смесь расплава топлива и жидкой стали в диффузионном приближении, т.е. гомогенная математическая модель дополняется рассмотрением переноса массы компонентсмеси диффузией и конвекцией.16Представлена исходная система уравнений сохранения массы, импульса иэнергии, записанная для смеси расплава топлива и жидкой стали в цилиндрической системе координат в осесимметричном приближении, которая включаетуравнения неразрывности, движения и энергии для смеси.

Распределение концентрации жидкой стали в смеси описывается уравнением конвективной диффузии. В правой части уравнения конвективной диффузии учитываются источники концентрации стали, обусловленные плавлением конструкций и твердыхвключений стали. Для твердых тел записывается уравнение нестационарнойтеплопроводности. В начальный момент времени задается концентрация жидкой стали в смеси. Граничные условия для концентрации жидкой стали в смесиставятся следующим образом: на оси симметрии – условие симметрии; на верхней поверхности смеси – нулевой массовый поток; на твердых стенках и на поверхности фронта плавления – нулевая концентрация.Приведен вывод соотношений для определения источников концентрации жидкой стали в смеси от плавления конструкций и при плавлении твердыхвключений стали. Получены формулы, выражающие распределения энерговыделения и теплофизических свойств, обусловленные стратификацией, по радиусу и высоте смеси.Создана гетерогенная математическая модель стратификации компонент расплава при тяжелой аварии.

Характеристики

Список файлов диссертации