Автореферат (781853), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Рассмотрено движение смеси, которое описывается упомянутой системой уравнений, и относительное движение жидкойстали. В результате рассмотрения основных сил, действующих на каплю стали,получены соотношения для определения скоростей рассматриваемой компоненты.Для решения задачи используется неявный метод решения уравненийгидродинамики и тепломассообмена в естественных переменных (методВ.К. Артемьева и Н.И.

Булеева), разработанный в ГНЦ РФ–ФЭИ. В его основеразнесенная сетка, монотонная балансная нейтральная разностная схема (МБНсхема), явный метод неполной факторизации, неявная вычислительная процедура метода установления. Mетод В.К. Артемьева и Н.И. Булеева обладает сходимостью и абсолютной устойчивостью.Разработанная математическая модель реализована в программе БРУТ.С помощью кода БРУТ рассчитываются глубина проплавления конструкций, поля скорости и температуры во всех подобластях рассматриваемой расчетной области, определяется возможность выхода расплава на днище корпуса.Выполнена верификация блока расчета естественной конвекции программы БРУТ на основе эксперимента COPO.

На рис. 1 представлено сопоставление расчетной и экспериментальной зависимостей среднего по верхней поверхности числа Нуссельта от числа Рэлея. Отметим удовлетворительное совпадение результатов расчета автора с экспериментальными данными COPO.17Максимальное отклонение экспериментальных и расчетных данных не превышает 10%. На рис. 2 показано поле скорости для эксперимента fh2(Ra=1,5·1015).

Выполненная работа подтверждает корректность математическоймодели, численной методики и кода БРУТ при расчёте естественной конвекции.Проведено сравнение результатов расчета по программе БРУТ с экспериментальными данными серии D. Получено достаточно хорошее согласие результатов расчета с экспериментальными данными. Приведенные на рис. 3 расчетные значения перепада температуры на участке между термопарами хорошосовпадают с экспериментальными результатами в условиях эксперимента D1.ZRРис. 1. Изменение среднего по верхней поверхностичисла Нуссельта в зависимости от числа Рэлея: + эксперимент COPO,  - расчеты автора, соответствующие экспериментам 32с, 32f, 42c,  - расчет ЭНИЦВНИИАЭСРис.

2. Картина течения (экспериментfh2, стрелки разрежены)∆T,Кqvf, Вт/гРис. 3. Перепад температуры между точками расположения термопар на днеслоя и на высоте 33 мм в условиях эксперимента D1 в зависимости от плотности тепловыделения в топливных частицах: o – по показаниям термопар, 1 –расчет автора18Выполнена проверка моделирования роста паровых пузырей с использованием экспериментальных данных США (Florschuetz и др.) по исследованиюскорости роста паровых пузырей в воде, этаноле и изопропаноле при малых перегревах до 4,9 0 С . На рис. 4 представлено для этанола сопоставление результатов расчета с опытными данными и решением Скривена, которое получено безучета движения пузыря.

Решение автора удовлетворительно описывает экспериментальные данные во всем интервале времен наблюдения. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными подтверждает корректностьрешения задачи движения пузыря пара переменной массы в жидкости.Рис. 4. Сравнение результатов расчета с опытными данными и решением Скривена для этанола: 1 – расчет автора; 2 – решение Скривена.

Значения перегревов в опытах (0C): ο – 2,8; – 3,1; – 3,2Проведено сопоставление результатов расчета по программе БРУТ с результатами эксперимента по исследованию условий развития естественнойциркуляции в натриевых контурах энергоблока БН-600. Наблюдается удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных, что подтверждает адекватность моделирования теплогидравлических процессов и явлений при расчете параметров второго контура и контуров системы аварийногорасхолаживания РУ.Выполнена проверка правильности расчета плавления внутриреакторныхконструкций. В качестве тестовой задачи рассматривалась задача промерзаниявлажного грунта.

На рис. 5 дано сопоставление результатов расчета глубиныпромерзания грунта по программе БРУТ с теоретическим решением Стефана.Анализ кривых на рис. 5 показывает хорошее совпадение результатов расчета срешением Стефана.Разработан тест для верификации модуля «Расчет проплавления внутриреакторных конструкций» программы БРУТ.19Для проверки правильности численного расчета температурного поля втепловыделяющем слое использовалось полученное автором точное аналитическое решение задачи нестационарной теплопроводности ограниченного цилиндра радиуса R и длиной l с непрерывно действующими источниками тепла, помещенного в среду с переменной во времени температурой, с граничнымиусловиями третьего рода на трех границах.

Сравнение результатов расчета попрограмме БРУТ с результатами расчета с использованием аналитического решения показало, что они практически совпадают.Проведенные верификационные расчеты показали адекватность моделирования процессов и явлений при исследовании тяжелой аварии.Разработана одномерная математическая модель для получениябыстрой оценки параметров и, прежде всего, времени проплавления конструкций. Помимо тепловыделяющего слоя, рассматриваются нижняя торцевая зонавоспроизводства, зона газовых полостей твэлов, зона коллекторов, верхняяплита напорной камеры.Температура тепловыделяющего слоя T1 и натрия T4 описывается по точечной модели (рис.

6). Система уравнений первого порядка решена методомисключения одной температуры. Для решения полученного неоднородногоуравнения второго порядка используется метод вариации произвольных постоянных.ξ,мτ,чРис. 5. Сопоставление результатов расчета(кривая 1) с теоретическим решением Стефана(кривая 2)Рис.

6. Изображение зон при плавленииконструкций:1–тепловыделяющий слой;2 – расплавленная часть зон; 3 – нерасплавленная часть зон; 4 – натрийПри рассмотрении плавления зон температуры в расплавленной и нерасплавленной частях зон описываются уравнениями теплопроводности, которыерешаются с соответствующими граничными условиями. На фронте плавления20задается температура плавления стали и записывается условие для определенияположения фронта плавления в любой момент времени (условие Стефана).

Настадии нагревания до плавления зон задача решается численно методом прогонки. На стадии плавления в расплавленной зоне температура определяетсяправой прогонкой, в нерасплавленной зоне расчет осуществляется по левойпрогонке.На основе одномерной математической модели создана программаБРУТ ˗ О.При выполнении плана по договорам был исследован ряд аварий в реакторах типа БН различной мощности ([24,14,9] и другие).

При этом показано,что расплав удерживается в корпусе реактора.Выполнен расчет аварии UTOP для варианта активной зоны реактора БНбольшой мощности с нитридным топливом при исходной работе реактора наноминальном уровне мощности с помощью программы БРУТ.В процессе аварии происходит расплавление ТВС в центе активной зоны.Расплавление сборок приводит к образованию тепловыделяющего слоя, находящегося на нижнем стальном экране.Образовавшийся тепловыделяющий слой разогревается, что приводит кплавлению нижнего стального экрана и последующему плавлению стали газовых полостей твэлов и коллекторов, которое завершается к моменту времени87380 с (~ 24,3 часа).На рис.

7 (кривая 1) показано изменение во времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной.Поле температуры для момента времени 3600 с (1 час) представлено нарис. 8.После разрушения верхней и нижней плит напорной камеры тепловыделяющий слой перемещается на поддон, на котором происходит его последующее остывание.Результаты расчета по программе БРУТ показывают, что облицовка поддона не плавится. Сталь поддона под облицовкой также не плавится.

Таким образом, можно утверждать, что в аварии UTOP частично разрушенная активнаязона удерживается в корпусе реактора.Аналогичный расчет проведен для случая аварии UTOP в реакторе БНбольшой мощности с нитридным топливом, сопровождающейся стадией расширения.На рис. 7 (кривая 2) показана зависимость от времени глубины проплавления конструкций, находящихся ниже активной зоны, в аварии UTOP, сопровождающейся стадией расширения.21Как и в предыдущем варианте, после проплавления внутриреакторныхконструкций расплав попадает на поддон, который, как показали расчеты, неплавится.Выполнен расчет аварии UTOP для варианта активной зоны реактора БНбольшой мощности с MOX-топливом при исходной работе установки на номинальном уровне мощности.На рис. 7 (кривая 3) показано изменение во времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной.В данном варианте также не происходит плавление поддона.Проведена оценка возможности удержания расплава внутри корпуса реактора для случая аварии UTOP в реакторе БН большой мощности с MOXтопливом при исходной работе установки на минимальном контролируемомуровне мощности.При рассматриваемой аварии сначала происходит плавление НТЗВ, которое затем прекращается.

Максимальная глубина проплавления НТЗВ составляет 0,37 м.На рис. 7 (кривая 4) показана зависимость от времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной. В данномслучае обеспечивается удержание частично разрушенной активной зоны в корпусе реактора.Таким образом, во всех вариантах расплав удерживается в корпусе реактора.z,мr,мРис. 7. Зависимость глубины проплавления конструкций от времени при аварии UTOP в реактореБН большой мощностиРис. 8. Поле температуры в моментвремени τ = 3600 сПроведен расчет аварии ULOF, при которой происходит разрушение 18ТВС первого и второго рядов активной зоны в реакторе МБИР.

В данном случае частично разрушенная активная зона удерживается в корпусе реактора.22Рассчитаны объем и геометрические характеристики тепловыделяющегослоя, массы и объемные доли его компонент, температурное поле в слое и внеего. Эти результаты использовались для расчета эффективного коэффициентаразмножения на рассматриваемой стадии аварии.Полученные результаты нейтронно-физического расчета свидетельствуютоб отсутствии условий образования критических конфигураций на стадии проплавления конструкций и удержания расплава.В третьей главе разработана математическая модель для расчета параметров реактивностной аварии в быстром реакторе с натриевым теплоносителем, обусловленной разгоном реактора на мгновенных нейтронах, в которойдвижение материалов реактора описывается в двумерной геометрии, приведеноописание результатов верификации кода ANPEX, а также результатов расчетастадии мгновенной критичности в активной зоне реактора БН-600.Математическая модель разгона реактора на мгновенных нейтронахДля описания движения материалов реактора используется лагранжевподход.Уравнения для определения составляющих скорости можно получить, если в уравнении сохранения количества движения в координатной системе Лагранжа пренебречь инерционными силами и силами тяжести по сравнению сростом давленияu  r  1 P; rυ  z  1 P, zгде P = p + q.Уравнение сохранения массы записывается как  0 V0,V(4)где  – плотность, V – объем фиксированной массы материала,  0 и V0 –значения  и V в момент времени t = 0.

Характеристики

Список файлов диссертации