Обоснование системы пассивного отвода тепла из объема защитной оболочки АЭС с ВВЭР

• Автор: Семашко, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Основные процессы, определяющие эффективность работы теплообменников СПОТ 30. Анализ результатов исследований и состояние проблемы

1.1 Описание объектов исследований

1.1.1 Требования к СПОТ 30 АЭС с ВВЭР

1.1.2 Описание пассивных систем охлаждения защитных оболочек легководных реакторных установок АЭС

1.1.3 Принципы и структура построения СПОТ 30 ЛАЭС-

1.2 Закономерности диффузионной конденсации паров из парогазовых смесей. Коэффициенты массо- и теплообмена
1.3 Анализ работ по теплоотдаче при свободной конвекции у вертикальных пластин и труб

1.4 Описание математических моделей, применяемых в расчетных кодах

1.4.1 Модель с сосредоточенными параметрами. Расчетный код КУПОЛ-М
1.4.2 Модель с распределенными параметрами. Расчетные коды ПГС-ТК и STAR-CD
1.5 Основные требования для выбора крупномасштабных стендов
1.6 Выводы по главе
2 Экспериментальные исследования СПОТ
2.1 Описание экспериментальных стендов
2.1.1 Описание экспериментального стенда КМС
2.1.2 Описание экспериментального стенда СМК
2.2 Методика экспериментальных исследований
2.2.1 Система экспериментальных измерений и методика исследований на КМС
2.2.2 Средства измерения и методика экспериментальных исследований на СМК
3 Результаты экспериментальных исследований на крупномасштабных стендах
3.1 Анализ экспериментальных исследований на СМК
3.2 Анализ экспериментальных исследований на КМС
4 Результаты расчетных исследований проведенных экспериментов и натурного объекта
4.1 Уточнение замыкающих соотношений по теплоотдаче при свободной конвекции у вертикальных пластин и труб в коде КУПОЛ-М на основе прямых численных экспериментов
4.1.1 Свободнокоивективный теплообмен на вертикальной плоской пластине: сравнение с экспериментом

4.1.2 Свободноконвективный теплообмен на цилиндре: сравнение с
корреляцией Бейли
4.2 Сравнение результатов расчетов с опытными данными, полученными на интегральных стендах
4.2.1 Сравнение результатов расчетов по коду КУПОЛ-М и CFD кодам с результатами экспериментов на стенде СМК
4.2.2 Сравнение результатов численного моделирования с опытными данными, полученными на стенде КМС
4.3 Обобщение результатов опытных данных, полученных на интегральных стендах
4.4 Численное моделирование работы натурной системы СПОТ
Заключение
Список основных сокращений
Список использованных источников
Приложение А. Дополнительная информация для верификации кодов

ВВЕДЕНИЕ
В новых проектах АЭС с ВВЭР существенное внимание уделяется управлению за-проектными авариями (ЗПА). Для защиты от превышения допустимого давления внутри защитной оболочки (30) здания реактора спроектирована система пассивного отвода тепла (СПОТ) из 30. Основным преимуществом таких систем является отсутствие зависимости их функционирования от наличия источников электроснабжения. СПОТ 30 предназначена для длительного отвода тепла из объема 30 к конечному поглотителю посредством теплообменников-конденсаторов, расположенных в подкупольном пространстве 30 при авариях, связанных с течами теплоносителя из элементов реакторной установки внутри 30.
Эффективность работы СПОТ 30 в значительной мере определяется интенсивностью теплообмена при конденсации пара из парогазовой среды на теплообменных поверхностях. В свою очередь, условия конденсации пара, в основном, определяются характером конвективных течений и распределением неконденсирующихся газов в гермообъеме 30.
Для расчетного обоснования этой системы были использованы коды в сосредоточенных параметрах, такие как КУПОЛ-М, и трехмерные гидродинамические коды, такие как ПГС-ТК (парогазовая смесь - тепломассообмен и конденсация), STAR-CD. В настоящее время эти коды проходят этап тестирования и верификации применяемых методик и замыкающих соотношений при моделировании процессов тепломассоперено-са в контейнментах АЭС с ВВЭР с учетом функционирования СПОТ 30.
Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью расчетного и экспериментального обоснования работоспособности и эффективности СПОТ 30 проекта АЭС-2006.
Обшей целью работы являлось обоснование работоспособности и тепловой эффективности СПОТ 30 проекта АЭС-2006 во всех предполагаемых режимах работы этой системы. Исходя из общей цели, в работе решались следующие задачи:
- проведение комплексного анализа литературных источников, посвященных теплоотдаче и массообмену при свободной и смешанной конвекции у вертикальных обогреваемых пластин и труб;
- экспериментальное исследование теплоотдачи к трубам модельных теплообменников при свободноконвективном течении воздуха в модели подкупольного пространства на стенде СМК (ФГУП "ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова", масштаб 1:4);
- экспериментальное исследование тепломассообмена при конденсации водяного пара на поверхностях модельных теплообменников СПОТ 30 и процессов тепломассо-переноса внутри модели защитной оболочки на крупномасштабном стенде (КМС), (ФГУП «ІІИТИ им. А.П.Александрова»);
- выработка рекомендаций по выбору зависимостей для расчета поверхностной конденсации пара на вертикальных поверхностях в условиях свободной конвекции;

(1.30)
«і =-7.85951783; аг = 1.84408259; аг = -11.7866497; д4 = 22.6807411 а5 = -15.9618719; д6 = 1.80122502; /?с = 22.064 МПа; ГС = 647.096К
Конденсация в объеме
В рамках принятой модели равновесной конденсации парциальное давление пара г-го сорта р1 не может стать выше давления его насыщенных паров р$л — «лишняя» влага конденсируется. Иными словами, при р1< р5А конденсации нет (и»,— 0), а при и’, > 0 имеет место равновесие р;Реализованный в коде алгоритм определения массовой доли конденсата включает дополнительную «обратную связь». А именно, количество конденсата на очередной итерации определяется с учетом того, как изменение значения зг по сравнению с предыдущей итерацией скажется на температуре смеси.
Конденсация на поверхности
При равновесной конденсации влажного пара на охлаждаемой поверхности парциальное давление пара на поверхности пленки конденсата равно давлению насыщенных паров при соответствующей температуре.
Полный (включающий конвективную и диффузионную составляющие) массовый поток уходящей в пленку влаги равен массовому потоку смеси. Это дает граничное условие (1.31) для нормальной составляющей скорости на поверхности пленки (индекс 8):
Равенство нулю полных потоков неконденсирующихся компонентов смеси дает для их концентраций граничное условие третьего рода (1.32) (в случае бинарной смеси пар-воздух это условие не требуется):
При определении полного теплового потока на стенке Цу необходимо наряду с переносом тепла за счет теплопроводности учитывать тепло, выделяющееся на стенке при конденсации пара:
В коде ПГС-ТК реализована модель локально равновесного стекания тонкой пленки по произвольной криволинейной поверхности; капиллярные явления и касательные напряжения на межфазной границе не рассматриваются.
В рамках локально равновесного (безынерционного) приближения профиль скорости в каждой точке поверхности определяется локальными условиями течения (толщиной пленки, углом наклона поверхности и др.) и не зависит от предыстории движения жидкости, что избавляет от необходимости численного интегрирования уравнений движения жидкости в пленке. При этом изменение толщины пленки вдоль поверхности контролируется балансом массы в пленке (1.34).
(1.31)
(1.32)
(1.33)