Автореферат (781853), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Таким образом, задав метод расчетаобъема лагранжевой массы, изменяющегося вследствие перемещения ее границ, можно использовать уравнение (4) для определения плотности .В рассматриваемой модели используется методика, согласно которой вуравнения вводится новый параметр: псевдовязкое давление q, определяемоесоответствующим уравнением. Если в рассматриваемом процессе происходитсжатие жидкости, в уравнениях энергии и количества движения к действительному значению p добавляется q. В результате градиент давления распространяется на несколько элементов жидкости (эффект размазывания ударной волны),что приводит к повышению устойчивости численного решения.В модели используются следующие граничные условия:а) Материал на оси симметрии движется только в аксиальном направлении;23б) Разработано и применяется в расчетах граничное условие, которое основанона втором законе Ньютона, используемом для определения ускорений в точкахна боковой границе.Система уравнений гидродинамики решена численно.

Перемещенияопределяются в результате двойного интегрирования на шаге по времени ускорений.Уравнение баланса энергии имеет видE(r, z, t )  P(r, z, t )(r, z, t )v(r, z, t )  Q(r, z, t ),где E ( r, z, t ) – изменение внутренней энергии на единицу объема частицы жидкости в течение интервала времени  t , v(r, z, t ) – изменение ее удельного объ1ема ( v  ) за время t , Q( r, z, t ) – ядерная энергия, освобождаемая за время t,P ( r , z , ) –давление.Оценки давления в чисто жидком состоянии можно получить, используязависимость плотности топлива от температуры. В рассматриваемом случаедавление зависит от температуры (энергии) и плотности.Если система является двухфазной, уравнение состояния, выражающеезависимость давления от энергии, дает давление паров вещества как функциютемпературы.Для описания нейтронной кинетики реактора используется пространственно-независимая модель. Система уравнений точечной кинетики решенаметодом Каганова.

С использованием квадратичной аппроксимации для безразмерной плотности нейтронов n получена явная расчетная формула длянахождения n на следующем временном шаге.Пространственное распределение энерговыделения для данной лагранжевой частицы с учетом ее деформации может быть выражено какQ(r (t ), z(t ), t )  n(t )ψo (r (0), z(0)) v0 (r, z) / v(r, z, t ),где 0 – функция, которая не зависит от времени и определяет начальное пространственное распределение энерговыделения в реакторе, v 0 – начальныйудельный объем данной частицы, v – текущее значение удельного объема частицы, r,z – эйлеровы координаты узла деформируемой координатной сетки,определяющей границы лагранжевых частиц.Реактивность системы равна сумме вводимой реактивности, реактивности, обусловленной доплеровским эффектом, а также реактивности, вызываемой перемещением материала реактора из первоначальной конфигурации подвлиянием возникающих в реакторе высоких давлений*  (t )   D (t )   E (t ).В модели разгона реактора на мгновенных нейтронах можно учитыватьвзаимодействие расплавленного топлива и натрия.24С целью исключения неустойчивости счета и экономии машинного времени применяется метод автоматического выбора временного шага.Осуществлен учет влияния газообразных продуктов деления.

Давлениегазообразных продуктов деления уменьшает количество энергии, выделяемой ваварийном процессе.На основе разработанной математической модели создан код ANPEX.Код позволяет рассчитать изменение реактивности и мощности реакторав аварийном процессе, зависимость количества энергии, выделяемой в аварийном процессе, от времени, поля температуры и давления, временное поведениетех же параметров.Выполнена верификация кода ANPEX на эксперименте KIWI-TNT. Нарис. 9 представлено сопоставление рассчитанного по программе ANPEX изменения во времени мощности с результатами эксперимента KIWI-TNT. Максимальная погрешность, полученная при сравнении расчетных и экспериментальных данных, не превышает 20%, что подтверждает корректность математической модели и кода ANPEX при расчете разгона реактора на мгновенныхнейтронах.Рис. 9.

Изменение во времени мощности: • – эксперимент KIWI-TNT; кривая –расчет по программе ANPEXДля обоснования кода ANPEX выполнено его тестирование. Рассматривались два варианта: расчет разгона реактора на мгновенных нейтронах с осушенной активной зоной (тест № 1) и при наличии натрия в активной зоне (тест№ 2) реактора типа Pancake, США. Проведено сопоставление результатов расчета по программе ANPEX изменения во времени давления в двух точках активной зоны, продолжительности аварийного процесса и выхода энергии с расчетными данными ANL, США. Тестирование показало удовлетворительноесовпадение результатов расчетов по программе ANPEX с расчетными даннымитестов.25С целью проверки точности реккурентной формулы, полученной по методу Каганова, и выбора диапазона шагов по времени при интегрировании выполнено сравнение результата численного решения с аналитическим тестом.

Вкачестве теста использовано точное аналитическое решение уравнений точечной кинетики с учетом одной средневзвешенной группы запаздывающихнейтронов при линейном во времени вводе реактивности, полученное автором. Сравнение результатов показало, что в диапазоне t = 10-610-5 с обеспечивается совпадение результатов с точностью менее 1% во всем интервале длительности процесса.Таким образом, проведенные верификационные расчеты показали адекватность моделирования процессов и явлений при расчете разгона реактора намгновенных нейтронах.На рис. 10 приведены результаты расчета по программе ANPEX аварийного процесса в активной зоне реактора БН-600. Реактор достиг состояниякритичности на мгновенных нейтронах.

Скорость линейного ввода реактивности равна 15 долл/c. Активная зона реактора осушена.Представляет интерес характер изменения реактивности (рис. 11). С увеличением мощности реактора происходит уменьшение реактивности за счет отрицательного доплеровского эффекта. Позднее начинается фаза расширенияактивной зоны, что обуславливает быстрое уменьшение реактивности.Приведены кривые изменения мощности реактора, температуры топливаи давления в центре активной зоны, зависимость количества выделяемой энергии от времени.В соответствии с результатами расчета в данном варианте, характеризуемом удалением 50% стали, температура топлива при завершении процесса достигает 4600 K. Максимальное давление в центре активной зоны составляет2,74 МПа.

Выход энергии в момент окончания процесса − 2,82 ГДж.Выполненный по программе ANPEX расчет стадии мгновенной критичности в активной зоне реактора БН-600 подтвердил физические закономерности и особенности протекания аварии в быстром реакторе с натриевым теплоносителем, обусловленной разгоном реактора на мгновенных нейтронах.Исследовано влияние ряда параметров на характеристики аварийногопроцесса. Показано, что конечная температура топлива достаточно консервативна по отношению к скорости роста реактивности.Программа ANPEX использовалась при обосновании безопасностиэнергоблока № 3 Белоярской АЭС c реактором БН-600 в рамках подготовкиОУОБ энергоблока БН-600 по программе продления срока эксплуатации энергоблока.26Рис.

10. Расчет стадии мгновенной критичности. Зависимости от времени: a –количества энергии, выделяемой при разрушении активной зоны быстрого реактора; б – мощности реактора; в – давления в центре активной зоны; г – температуры топливаРис.

11. Изменение реактивности в аварийном процессе при расчете стадиимгновенной критичности,   15долл: 1 – вводимая реактивность; 2 – реактивсность, обусловленная тепловым расширением активной зоны; 3 – эффект Доплера; 4 – результирующее значение реактивности27В четвертой главе выполнено расчетное сопровождение экспериментовв обоснование безопасности реактора БН большой мощности.Разработана расчетная методика для моделирования явлений, протекающих на стенде «Плутон» при разрушении оболочек имитаторов твэлов. Цельисследований на стенде «Плутон» – установление доминирующих механизмовразрушения оболочек твэлов при моделировании аварий, происходящих припотере расхода теплоносителя через активную зону.Математическая постановка задачи включает уравнения теплопроводности для твердой и жидкой стали с начальными и граничными условиями.

Длярешения задачи используется метод Лейбензона. Получена формула для определения времени проплавления оболочки. Рассчитываются напряжения ˗ отвнутреннего давления и температурные для цилиндра с концентрическим круглым отверстием (r, , z). Определяется эквивалентное напряжение по четвертой (энергетической) теории прочности и проверяется выполнение условияразрушения.Разработанная расчетная методика реализована в программе ТНП. Выполнен расчет двух процессов: разрушения оболочки имитатора твэла под действием термических напряжений и проплавления оболочки.Согласно результатам расчета время проплавления оболочки имитаторатвэла составило ~ 20 мс. Условие разрушения оболочки имитатора твэла выполняется в момент времени 14,7 мс, что находится в пределах промежуткавремени, полученного в экспериментах.Создана расчетная методика для исследования механизмов деградацииоболочек твэлов ТВС быстрых реакторов в условиях аварии с прекращениемрасхода натрия через ТВС.

Рассмотрено проплавление оболочки твэла и ее разрушение под действием термических напряжений. Схема с изображением зонплавления твэла показана на рис. 12.Температурное поле в центральном отверстии, топливе и оболочке твэлаописывается уравнением теплопроводности. На внешних границах расчетнойобласти ставится граничное условие 3-го рода. На границе разнородных зон задаются условия сопряжения.

Характеристики

Список файлов диссертации