Диссертация (781854), страница 24

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

Текст из файла (страница 24)

Показатель изоэнтропы идеального газа определяется как  c p / cV . С учетом того, что c p получаем  id i2iR , cV  R , i - число степеней свободы,22i2. Для одноатомного газа i = 3 и  id  1,67 . В качестве значеiния n в уравнении (3.26) можно взять среднее значение между 1 и 1,67.Величина давления при выходе газа может быть оценена по следующейформуле:V p2  p1  1  , V2 где p – давление газа в твэле перед разрушением, V1 - объем газа в ячейке внутри твэла перед выходом газа, V2 – объем газа после разрушения.

V1 можно определить с использованием величины газового объема в твэле.3.2. Верификация кода ANPEX путем сопоставления результатоврасчетов с экспериментальными данными и данными расчетных ианалитических тестовВерификация кода ANPEX на эксперименте KIWI-TNTСведения об эксперименте KIWI-TNT, используемом для верификациикода ANPEX, содержатся в работах [237,254,236]. Необходимая для проведениярасчетов информация включает геометрические характеристики, состав активной зоны, физические параметры, начальные условия, изменение реактивностиво времени.

Ниже приведено краткое описание эксперимента, его параметров ирезультатов, а также сообщается о результатах верификации.Активная зона реактора KIWI-TNT имела диаметр 0,889 м и высоту1,359 м. Она содержала 1542 гексагональных топливных элемента с расстоянием 0,019 м между гранями. Каждый элемент состоял из графитового блока безоболочки, заполненного шариками из дикарбида урана, и был пронизан 19-юканалами для теплоносителя диаметром 0,0024 м. Всего графитовая активнаязона содержала примерно 30000 каналов.

Эксперимент был проведен без теп-161лоносителя. Эффективная доля пустот в активной зоне – 27%. Активная зонабыла окружена радиально концентрическими графитовым и бериллиевым отражателями. Процесс начался с быстрого вращения управляющих барабанов избериллия, расположенных во внешнем бериллиевом отражателе, окружающемактивную зону, что привело к вводу реактивности и разрушению реактора.Критичность на запаздывающих нейтронах была достигнута в момент времени110,74 мс, на мгновенных нейтронах – в момент времени 117,24 мс. Реактивность в момент времени 146 мс составила 8,177 доллара (1 доллар = β =7,410-3), 0 = 0,06051.

За промежуток времени 5,24 мс с момента времени146 мс была введена реактивность 0,123 доллара. Суммарная введенная реактивность 8,3 доллара. Начальная температура топлива Tf0  293 K. Начальнаямощность реактора N0 = 2,25 МВт.Максимальное значение мощности, полученное в эксперименте, составило 3,3106 МВт.Следует отметить, что согласно результатам эксперимента KIWI-TNTтемпературный коэффициент обратной связи по реактивности представлял собой доминирующий фактор при определении изменения мощности и выходаэнергии на начальном участке процесса. В момент достижения максимальноймощности свыше 95% отрицательной обратной связи имело место вследствиетемпературного коэффициента. Однако уже через 0,4 мс после прохожденияпика мощности изменение реактивности, вызванное движением материала реактора, стало доминирующим и обеспечило прерывание разгона.

Аналогичнаяситуация наблюдается в реакторах БН.Максимальная погрешность измерений в эксперименте KIWI-TNT непревышает 20%.Для проведения расчетов в код ANPEX введено уравнение состояния, соответствующее графитовой активной зоне, которое определяет давление паровграфита и имеет следующий вид:p(T)  0,3881017  e( 0,109106/ T)162Теплоемкость дикарбида урана определялась в соответствии с [144],плотность − по рекомендациям [198]. Теплофизические свойства графита содержатся в [141].

Теплоемкость топливного материала – температурная функция, полученная по теплоемкостям UC2 и графита с учетом массовых долейкомпонент в топливном материале.Расчет начался после 146 мс движения управляющих барабанов. Причинавыбора момента времени 146 мс состоит в том, что было установлено соответствие между изменением во времени мощности в эксперименте и вводимой реактивностью. Хотя большая часть реактивности из 8,3 доллара была введена кмоменту времени 146 мс, уровень мощности все еще многократно оставалсяниже максимума и значительный разогрев активной зоны не произошел.На рис.

3.2 представлено сопоставление рассчитанного по программеANPEX изменения во времени мощности с результатами эксперимента KIWITNT. Максимальная погрешность, полученная при сравнении расчетных и экспериментальных данных, не превышает 20%. Заметим, на рис. 3.2 по оси ординат отложен логарифм мощности, что создает эффект хорошего совпадения.Рис. 3.2. Изменение во времени мощности: • – эксперимент KIWI-TNT; кривая– расчет по программе ANPEX163Различия между расчетными и экспериментальными результатами в основном имеют место вследствие неопределенностей в уравнении состояния.Однако неопределенности в расчетах для реакторов БН будут меньше, поскольку уравнение состояния известно лучше.Таким образом, сравнение результатов расчета по программе ANPEX сэкспериментальными данными KIWI-TNT подтверждает корректность математической модели и кода ANPEX при расчете разгона реактора на мгновенныхнейтронах.Обоснование кода ANPEX путем сопоставления результатов расчетов сданными тестов1.

Расчет разгона реактора на мгновенных нейтронах с осушенной активной зоной (тест № 1).В работе [263] приведено описание результатов расчета аварийного процесса в реакторе типа Pancake, США. Там же содержатся сведения о характеристиках активной зоны данного реактора. Дана информация об изменении вовремени давления в центре активной зоны и в точке 1, находящейся в центральной плоскости активной зоны, с координатой r  1,2 м, а также о продолжительности аварийного процесса и полном выходе энергии. Точка 1 выбранапрактически на границе двух зон, различающихся величиной энерговыделения.Тот же вариант был рассчитан по программе ANPEX.

Активная зона реактора покрывалась сеткой (49×17), равномерной в каждой зоне. Шаг по r в зоне 1 составлял 33,3 мм, в зоне 2 – 25 мм. Шаг по z – 31,25 мм.На рис. 3.3 показано сопоставление результатов расчета по программеANPEX изменения во времени давления в центре реактора с расчетными данными, приведенными в [263]. Аналогичное сопоставление, но для давления вточке 1, приведено на рис. 3.4. Продолжительность аварийного процесса составила 1,47 мс, выход энергии – 4,23109 Дж. Полученная в [263] продолжительность аварийного процесса равна 1,34 мс, выход энергии 4,02109 Дж.16430Давление,МПа122010000,5Время,мс1,011,5Рис.

3.3. Зависимость давления в центре реактора от времени при отсутствиинатрия в активной зоне: 1 – расчет по программе ANPEX; 2 – расчет [263]8Давление, МПа61422001,010,51,5Время,мcРис. 3.4. Зависимость давления в точке 1 от времени при отсутствии натрия вактивной зоне: 1 – расчет по программе ANPEX; 2 – расчет [263]2. Расчет разгона реактора на мгновенных нейтронах при наличии натрияв активной зоне (тест № 2).165Суть теста № 2 такова: рассматривается тот же реактор, с теми же характеристиками активной зоны, в реакторе происходит та же авария, но активнаязона реактора не осушена, а содержит натрий.Тест № 2 был рассчитан по программе ANPEX. Расчет выполнен на тойже сетке, как в тесте № 1.

На рис. 3.5 показано сопоставление результатов расчета по программе ANPEX изменения во времени давления в центре реактора срасчетными данными [263], а на рис. 3.6 – аналогичное сопоставление, но длядавления в точке 1. Продолжительность аварийного процесса составила0,148 мс, выход энергии – 1,97108 Дж. Полученная в [263] продолжительностьаварийного процесса равна 0,137 мс, выход энергии 1,84108 Дж.Тестирование показало удовлетворительное совпадение результатов расчетов по программе ANPEX с расчетными данными тестов.10001Давление,МПа80026004002000050100150Время,мкcРис.

3.5. Зависимость давления в центре реактора от времени при наличии натрия в активной зоне: 1 – расчет по программе ANPEX; 2 – расчет [263]166900Давление, МПа80070016002500400050Время,мкс100150Рис. 3.6. Зависимость давления в точке 1 от времени при наличии натрия в активной зоне: 1 – расчет по программе ANPEX; 2 – расчет [263]Отметим, что некоторое расхождение результатов расчетов по программеANPEX тестов № 1,2 с расчетными данными [263] объясняется различием математических моделей, проведением расчетов на разной вычислительной технике и некоторой возможной неточностью обработки исходных данных.Проверка решения уравнений кинетики в коде ANPEXКак уже отмечалось, уравнения кинетики в программе ANPEX решаютсяметодом Каганова.

С целью проверки точности метода Каганова и выбора диапазона шагов по времени при интегрировании выполнено сравнение результатачисленного решения с аналитическим тестом (рис. 3.7). В качестве теста использовано точное аналитическое решение уравнений точечной кинетики сучетом одной средневзвешенной группы запаздывающих нейтронов при линейном во времени вводе реактивности, полученное автором [75] и приведенное в п. 5.6. Значения параметров в расчетах n:  0  0 ,   103 c,  = 0,0064, = 0,077c-1,  = 15 долл/c, параметр  = /  0,005.

Сравнение результатов показало, что в диапазоне t = 10-610-5 с обеспечивается совпадение результатов167с точностью менее 1% во всем интервале длительности процесса, что не различимо на рис. 3.7.50n4540353025201510500,000,050,100,150,200,250,30τ,c0,35Рис. 3.7. Изменение безразмерной плотности нейтронов в зависимости от времениТаким образом, проведенные верификационные расчеты показали адекватность моделирования процессов и явлений при расчете разгона реактора намгновенных нейтронах.3.3.

Расчет стадии мгновенной критичности с помощью программыANPEXНа рис. 3.8 приведены результаты расчета по программе ANPEX аварийного процесса в урановой активной зоне реактора БН-600 [104]. Реактор достигсостояния критичности на мгновенных нейтронах. Скорость линейного вводареактивности равна 15 долл/c. Активная зона реактора осушена. В начальныймомент времени температура топлива равна 3800 K.Представляет интерес характер изменения реактивности (рис. 3.9). С увеличением мощности реактора происходит уменьшение реактивности за счет отрицательного доплеровского эффекта.

Характеристики

Список файлов диссертации