Разработка, верификация, применение программных средств расчётного анализа поздней стадии тяжёлой аварии на АЭС с ВВЭР

• Автор: Филиппов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 464 с. : ил.

Оглавление
Введение

Объект и тематика исследования

Актуальность темы

Цель работы, этапы разработки, методика

Научная новизна

Результаты диссертации, выносимые на защиту

Достоверность результатов

Практическая ценность

Апробация результатов, публикации

Личный вклад автора

Обзор содержимого диссертации
Глава 1 Физические явления на поздней стадии ТА и требования к их численным моделям
1 1 Процессы и явления на внутриреакторной стадии тяжелой аварии
Ход событий при постепенной деградации активной зоны
Разогрев активной зоны Пароциркониевая реакция
Образование кориума
Образование блокад и перераспределение материала в активной зоне
Температурный режим разрушения а з
Образование бассейна и выход расплава к границам а з , разрушение границ
Сценарии перемещения расплава в НКР и на корпус
Поведение расплава в НКР, остывание, вторичный разогрев и плавление
События при разрушении ВКУ и корпуса реактора
Поведение расплава в активной зоне и на днище Расслоение расплава
Конвективная теплоотдача расслоенного расплава
Выход ПД из расплава и их распространение в первом контуре
Плавление днища корпуса реактора и выход расплава из корпуса
Термомеханическое поведение днища корпуса с расплавом
1 2 Процессы и явления на внереакторной стадии
Удержание расплава в УЛР
Назначение и функции УЛР
Физические процессы в УЛР
Перемещение расплава в УЛР
Тепловой режим, распространение плавления ЖМ и расслоение расплава в УЛР
Наружное охлаждение и долговременное захолаживание расплава в УЛР
Расплав в бетонной шахте реактора
Поступление расплава Превращение бетона в контакте с расплавом
Состояние расплава в бетонной полости
Существенные физические процессы при взаимодействии расплава с бетоном
1 3 Требования к результатам численного моделирования расплава
Величины, определяемые в расчете поздней стадии ТА

Требования к моделям взаимодействия расплава с конструкциями АЭС
Общие требования при разработке моделей процессов при ТА
Требования к геометрическим моделям О точечных (ГР) и многомерных подходах
Требования к моделям процессов на внутриреакторной стадии
Требования к моделям процессов на внереакторной стадии
Требования к контролю качества численной модели и расчета
Верификация расчетного кода
Анализ неопределенностей результатов и анализ чувствительности к входным параметрам
Основные и дополнительные программные средства
1 4 Возможные допущения математических моделей физических процессов
Стадии аварийного процесса, возможности их моделирования отдельными кодами, сопряжение
Принимаемая последовательность событий при моделировании поздней стадии ТА
1 5 Сравнительный анализ программных средств расчета поздней стадии тяжелой аварии
Общая классификация подходов к моделированию
Характеристика кодов для моделирования поздней стадии ТА
ЬР-коды
Пример - сравнение функциональных возможностей кода НЕГЕБТ и ЬР-кодов
Двумерные коды
Коды для расчетов взаимодействия расплав-бетон
Сопряженный анализ поздней стадии ТА и использование 20 кодов в анализе ТА
Заключение по гл 1
Глава 2 Уравнения сплошной среды и численные методы их решения
2 1 Уравнения механики сплошной среды
2 2 Гидродинамика несжимаемой жидкости
Граничные условия и источники в уравнениях течения
Уравнение энергии и задачи с теплообменом
Задачи конвекции в приближении Обербека-Буссинеска
Модель турбулентности
2 3 Модели растворенных и дисперсных примесей
Уравнения течения двухфазной среды в приближении модели смеси
Диффузионно-инерционная модель дисперсных турбулентных течений
Граничные условия по осаждению в турбулентном потоке
2 4 Уравнения механики деформируемого твердого тела квазистатика
2 5 Дискретизация уравнений теплопереноса и МДТТ методом конечных элементов
Уравнение теплопроводности
Уравнения квазистатики
2 6 Нелинейные задачи МДТТ
Модели термо-упруго-вязко-пластических материалов
Численное решение нелинейных алгебраических систем
2 7 Подходы и схемы дискретизации, использованные в СГО расчетах
Заключение по гл 2
Глава 3 НЕБЕЗТ модели физических явлений
3 1 Общие методические установки
3 2 Моделирование пространственной конфигурации и задание параметров состояния в дискретной модели

Сеточная модель
Задание состояния системы в сеточной модели
3 3 Тетофизические модели многокомпонентных материалов
О задании объемных источников/сток^ тепла
Остаточное тепловыделение
Скрытая теплота фазового превращения
О задании свойств многокомпонентных материалов
Номинальные теплофизические свойства материалов
Расплавленный и нерасплавленный материал
Состав расплава при моделировании ТА ВВЭР
Требования к упрощенной модели задания свойств смеси реакторных материалов
Определение теплофизических свойств твердых смесей материалов
3 4 Моделирование распространения плавления в неоднородном материале
Плавление материала на границе с расплавом
Анализ и изменение конфигурации расплава
Обновление тепловыделения при прогрессирующем плавлении
Задание свойств расплавленной смеси материалов
3 5 Модели перемещения материала
Поступление материала из а з в НКР
Перемещение граничных условий при изменении уровня расплава
Перемещение границ полости с переизлучением при разрушении ее стенок
Моделирование больших перемещений при разрушении ВКУ Стадии расчета
Моделирование произвольного перемещения материала
3 6 Перераспределение материала при расслоении металл-оксидного расплава
Экспериментальные результаты, существенные для модели расслоения
Основные положения модели формирования бассейна расплава и его расслоения
Тепловыделение в расслоенном расплаве, температура и баланс тепла
Гомогенизация температуры и состава в расслоенном расплаве
3 7 Изменение конфигурации при разрушении корпуса расплавом
Критерии разрушения
Механическое разрушение
Предположения модели теплового разрушения
Оценка влияния несимметрии проплавления
Удаление расплава при тепловом разрушении корпуса
3 8 Моделирование конвективного теплообмена в расслоенном расплаве
Распределение тепловыделения в расслоенном расплаве
Характеристики режима конвекции расплава
Структура течения и распределение граничной теплоотдачи в бассейне ТВЖ
Бассейн расслоенного расплава в корпусе УЛР
Схематизация конфигураций бассейна расслоенного расплава Номенклатура
Анализ условий на границах бассейна расплава и его слоев
Распределение граничной теплоотдачи ТВЖ в типичных случаях, его схематизация
Заданные и неопределенные параметры граничной теплоотдачи расплава
Модель ЭОТ для расчета конвективного теплопереноса
Эффективные коэффициенты теплопроводности для базовых конфигураций бассейна
Теплофизические свойства материала при введении конвективной теплопроводности

В случае центрального проплавления,
когда часть материала а.з. первоначально
поступает в опоры ТВС, последние
сравнительно долго могут сохранять
целостность, т.к. значительная часть
перемещённого материала представляет
собой металл с пониженным
тепловыделением. Выходящий далее
оксидный расплав оказывается в области,
ограниченной объёмом днища подвесной
шахты, имеющего толщину около 100мм.
Плавление стали опор ТВС и днища
шахты требует времени, и большая масса
тепловыделяющего материала а.з.
„ . , „ оказывается на сравнительно короткое
Рис. 1.6. Перемещение материала при у *
центральном проплавление границ а.з. время локализованной, что способствует
1 - ПШ, 2 - корпус, 3 - НКР, 4 - дебрис в а.з., её РазогРевУ и перемешиванию до
5 - расплав в а.з., 6 - перемещённый расплав контакта о корпусом. Первые порции
под слоем воды на днище корпуса в НКР, 7 - Расплава (приблизительно 1/4 массы а.З.,
опорно-дистанционирующая решётка (ОДР). т,е‘ 20-25т) охлаждаются водой,
находящейся в НКР. Последующий расплав поступает в уже осушенное пространство, он ложится на более холодный материал и сохраняет свою температуру.
В случае бокового проплавления возможная последовательность выхода материалов в НКР следующая. При начальном проплавлении и стенании (вдоль выгородки) расплава, находящегося выше места разрушения, дальнейший выход расплава должен происходить постепенно, по мере плавления материала в а.з. Выход расплава в опускной участок реактора происходит после проплавления стенки шахты, что возможно в случае блокировки перемещения расплава вдоль выгородки. Всё это требует времени. Параллельно идёт разрушение дна бассейна расплава в а.з.
Проходящий вниз через опускной участок расплав первоначально попадает в воду, где
остывает, т.е. в данном случае в нижней части реактора температура дебриса первоначально
также будет пониженной. После испарения воды и вторичного разогрева расплав начинает
разрушать сталь днища шахты и корпус. В первую очередь разрушаются более тонкие