Диссертация (781854), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

H=1.126Тогда из (2.79) следует время полного проплавления конструкцийп A ABln.B2  B  A A Точное значение важной характеристики  п позволяет найти оптимальный шаг Δt численного интегрирования уравнения (2.78) по программе БРУТ,при котором расчетное значение  п.р. мало отличается от точного.С помощью вычислительного эксперимента удалось установить интервалоптимальных шагов по времени Δt  0,2 − 0,4 с.Тестирование расчета тепловыделяющего слояДля проверки правильности расчета температурного поля в тепловыделяющем слое использовалось 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 граничными условиями третьего рода на трехграницах, полученное разработчиком кода методом конечных интегральныхпреобразований в работах [91,96].Решение в рассматриваемом случае имеет видBi 2(    ) u (, Z , )    Аn Ak (cos  n Z sin  n Z ) J 0 ( k )e (  f ( ' )e (  )  d '  u 0 ),nn 1 k 10 2n2k2n2k'(2.80)в котором коэффициент 2n  Bi 221n 1An (( 1) Bi 3 2 Bi 2 ),C  2n n  Bi 32nнормирующий делительС n(Bi 2  Bi 3 )( 2n  Bi 2 Bi 3 )Bi 2(1  22 ) ,2n2 2n ( 2n  Bi 32 )характеристическое уравнение для определения собственных чисел(n=1,2,3…) 2  Bi 2 Bi 3ctg ,(Bi 2  Bi 3 ) 2n127коэффициентAk собственные значения2Bi 1,J 0 ( k )( 2k  Bi 12 ) 2k (k=1,2,3,…) являются положительными решениямихарактеристического уравненияJ 0 ( ) ,J 1 () Bi1f ()  Q() В полученном решении Bi i uˆc.i R(i=1,2,3) – число Био; J 0 ( x ), J 1 ( x ) –функции Бесселя первого рода соответственно нулевого и первого порядка;Q() qv (t ) – безразмерная мощность источников тепла;qv0ников тепла, Вт / м ; q v03 q v (0) ; TM qv 0 R 2– масштаб температуры, K; Tˆc (t ) –температура окружающей среды, K;T0;u TM0uˆ c Tˆc;TMZz– безразмернаяRбезразмерная длина цилиндра;    Fo q v – мощность источ-uT– безразмернаяTМтемпература;продольная координата;–Rr– безразмерная поперечная координата;Rat– безразмерное время.R2На рис.

2.26 приведены результаты расчета по формуле (2.80) распределения температуры по радиусу тепловыделяющего слоя, образующегося прирасплавлении активной зоны быстрого реактора, в трех сечениях по высоте вразличные моменты времени при значениях определяющих параметров:Tˆ 0  1470 К, T̂c  660 K, Bi 1 = 170, Bi 2 = 17, Bi 3 = 33,   15 Вт/ (м  К) , c p  5  106Дж/ ( м 3  К ) .128Сравнение результатов расчета по программе БРУТ с результатами расчета с использованием аналитического решения показало, что они практическисовпадают (отличие меньше 1%, что нельзя различить на рис. 2.26).12a)12б)12912в)Рис. 2.26.

Изменение температуры по радиусу тепловыделяющего слоя в трехсечениях по высоте (а – Z=0; б – Z=0,25; в – Z=0,5) для моментов времени:1 –t = 3600 с; 2 – t = 18000 сТаким образом, сформулируем окончательный вывод: проведенные верификационные расчеты показали адекватность моделирования кодом БРУТпроцессов и явлений при расчете тяжелой аварии.2.6. Результаты расчетного исследования аварии UTOP вреакторе БН большой мощностиПри выполнении плана по договорам (см. Введение, c. 16-18, а такжепубликации [131,119,94] и другие) был исследован ряд аварий в реакторах типаБН различной мощности. 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 [8].130В процессе аварии происходит расплавление ТВС в центе активной зоны.Расплавление сборок приводит к образованию тепловыделяющего слоя, находящегося на нижнем стальном экране.Начальная температура данного слоя равна 1040 К.Дополнительно к области, моделирующей образовавшийся тепловыделяющий слой из компонентов разрушенных ТВС, вводится отдельная подобласть, проницаемая для натрия, которая моделирует неразрушенные ТВС активной зоны.

Для границ этих зон формулируются соответствующие условиясопряжения. Плавление конструкций, находящихся под тепловыделяющимслоем, рассчитывается путем решения задачи Стефана.В процессе аварии происходит разогрев образовавшегося тепловыделяющего слоя, что приводит к плавлению нижнего стального экрана и последующему плавлению стали газовых полостей твэлов и коллекторов, которое завершается к моменту времени 87380 с (~ 24,3 часа). Время проплавления стального экрана составляет 8530 с (2,4 часа).На рис.

2.27 показано изменение во времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной.Поля температуры для моментов времени 3600 с (1 час), 7200 с (2 часа) и28800 с (8 часов) представлены на рис. 2.28 – 2.30. Из сравнения рис. 2.28 – 2.30видно, что происходит заметное продвижение тепловыделяющего слоя.После проплавления коллекторов начинает плавиться верхняя плита напорной камеры. Затем тепловыделяющий слой перемещается на нижнюю плиту напорной камеры. В расчетах учитывались плавление и возможность механического разрушения плит. Учет прочностного аспекта приводит к ускорению разрушения плит напорной камеры.После разрушения верхней и нижней плит напорной камеры тепловыделяющий слой перемещается на поддон, на котором происходит его последующее остывание.131Рис.

2.27. Зависимость глубины проплавления конструкций от времениz,мr,мРис. 2.28. Поле температуры в момент времени τ = 3600 с132z,мr,мРис. 2.29. Поле температуры в момент времени τ = 7200 с14z,м12108642246r,мРис. 2.30. Поле температуры в момент времени τ = 28800 с133Результаты 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 реактореБН большой мощности с нитридным топливом, сопровождающейся стадиейрасширения. В данном случае также происходит расплавление ТВС в центреактивной зоны с образованием тепловыделяющего слоя на нижнем стальномэкране.На рис.

2.31 показана зависимость от времени глубины проплавленияконструкций, находящихся ниже активной зоны, в аварии UTOP, сопровождающейся стадией расширения.Рис. 2.31. Зависимость глубины проплавления конструкций от времениКак и в предыдущем варианте, после проплавления внутриреакторныхконструкций расплав попадает на поддон, который, как показали расчеты, неплавится.134Выполнен расчет аварии UTOP для варианта активной зоны реактора БНбольшой мощности с MOX-топливом при исходной работе установки на номинальном уровне мощности.Расплавление сборок приводит к образованию тепловыделяющего слоя,находящегося на нижней торцевой зоне воспроизводства. Начальная температура слоя равна 1180 К.На рис.

2.32 показано изменение во времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной.Рис. 2.32. Зависимость глубины проплавления конструкций от времениВ 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. Незначительная глубина проплавления объясняется двухстороннимохлаждением и малым теплосодержанием слоя ( q v  V ).135На рис. 2.33 показана зависимость от времени глубины проплавления металлических конструкций, находящихся под активной зоной.Фронт плавления останавливается и тепловыделяющий слой начинает остывать. В данном случае обеспечивается удержание частично разрушенной активной зоны в корпусе реактора.Таким образом, во всех вариантах расплав удерживается в корпусе реактора.Глубина проплавления, м0,40,350,30,250,20,150,10,05005000100001500020000Время, сРис. 2.33.

Зависимость глубины проплавления конструкций от времени2.7. Результаты расчёта плавления конструкций при частичнорасплавленной активной зоне в реакторе МБИРПо программе БРУТ выполнен расчет аварии ULOF, при которой происходит разрушение 18 ТВС первого и второго рядов активной зоны [129,131,6,7]в реакторе МБИР. Разрушение сборок приводит к образованию тепловыделяющего слоя, находящегося на нижней зоне воспроизводства. Начальная температура данного слоя равна 770 К.При разрушении 18 ТВС сначала происходит плавление нижнего торцевого экрана, которое затем прекращается.

Максимальная глубина проплавления136НТЭ составляет 0,17 м. Достаточно малая глубина проплавления объясняетсядвухсторонним охлаждением и малым тепловым потенциалом слоя( q v  V ).Фронт плавления останавливается, и тепловыделяющий слой начинаетостывать. Таким образом, и в данном случае расплав удерживается в корпусереактора.По программе БРУТ рассчитаны объем и геометрические характеристикитепловыделяющего слоя, массы и объемные доли его компонент, температурное поле в слое и вне его. Эти результаты использовались для расчета эффективного коэффициента размножения на рассматриваемой стадии аварии.Полученные результаты нейтронно-физического расчета свидетельствуютоб отсутствии условий образований критических конфигураций на стадии проплавления конструкций и удержания расплава [8].2.8.

Выводы к главе 21. Впервые разработана достаточно полная математическая модель длярасчетного анализа тяжелых запроектных аварий в быстрых реакторах с натриевым охлаждением. В отличие от существующих моделей разработаннаямодель позволяет ответить на вопрос о возможности удержания расплавленного топлива в корпусе реактора.Рассматриваемая расчетная область является многосвязной. Математическое моделирование подобластей как пористых тел выполнено с использованием законов сохранения массы, импульса и энергии, записанных в виде уравнений неразрывности, движения и энергии в цилиндрической системе координатв осесимметричном приближении.Решена задача формирования тепловыделяющего слоя. Получены соотношения для определения времени формирования слоя и его толщины.

Характеристики

Список файлов диссертации