Разработка методов анализа деформирования тепловыделяющих элементов энергетических реакторов в условиях аварии с большой течью

• Автор: Фризен, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06, 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Подольск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований поведения твэла в авариях с потерей теплоносителя.

1.1. Общие сведения.

1.2. Теоретические исследования.

1.3. Экспериментальные исследования.

1.4. Задачи дальнейшего исследования

Глава 2. Экспериментальные и теоретические исследования высокотемпературной ползучести циркониевых сплавов

2.1. Постановка экспериментов.

2.1.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов

2.1.1.1. Экспериментальная установка

2.1.1.2. Методика проведения опытов.
2.1.1.3. Методика первичной обработки данных
2.2.2. Результаты опыта с дистанционирующей решеткой
2.3. Разработка методики определения характеристик ползучести и повреждаемости циркониевых сплавов по результатам экспериментальных исследований
2.3.1. Основные положения.
2.3.2. Разработка методики определения характеристик ползучести и повреждаемости циркониевых сплавов по результатам экспериментальных данных
2.4. Получение уравнений состояния высокотемпературной ползучести и прочности циркониевых сплавов.
Глава 3. Разработка численных моделей раздутия оболочек твэлов
3.1. Математическая модель осесимметричного раздутия оболочек твэлов.
3.1.1. Модель деформирования оболочки твэла.
3.1.2. Модель двумерной теплопроводности
3.1.2.1. Уравнения теплопроводности
3.1.2.2. Контактное сопротивление между таблетками.
3.1.2.3. Численная реализация двумерной задачи теплопроводности
3.2. Модель расчета трехмерного деформирования оболочки твэла.
3.2.1. Основные соотношения деформирования оболочки твэла
3.2.1.1. Общие положения построения трехмерной конечноэлементной модели оболочки твэла.
3.2.1.2. Основные уравнения метода конечных элементов для оболочки твэла
3.2.2. Теплопроводность твэла.
3.2.2.1. Общая постановка задачи теплопроводности.
3.2.2.2. Уравнения теплопроводности.
3.2.2.3. Проводимость и давление в газовом зазоре.
3.2.2.4. Пароциркониевая реакция
3.3. Метод и алгоритм расчета
3.3.1. Алгоритм и метод расчета деформирования оболочки твэла
3.3.1.1. Общие положения
3.3.1.2. Определение поля мгновенных скоростей
3.3.1.3. Движение в течение процесса деформирования.
3.3.2. Методика расчета задачи теплопроводности
3.3.2.1. Численная схема трехмерной теплопроводности
Глава 4. Численный анализ поведения оболочки твэл в аварии с большой течью теплоносителя из первого контура
4.1. Решение тестовых задач
4.2. Анализ результатов испытаний модельных имитаторов.
4.3. Анализ результатов испытаний пучка имитаторов твэл
4.3.1. Численный анализ экспериментов на стенде НПО Луч ПАРАМЕТРМ.
Основные результаты и выводы по работе.
Список используемых источников


Основная цель работы [] состояла в интерпретации и обобщении с помощью постгестовых расчетов внутриреакторных экспериментов серии МТ. МТ -1. МТ-1. В термическом анализе каждый стержень по высоте разбивался на заданное число участков. В рассматриваемом поперечном сечении твэл делился на 4 сектора для термического расчета и на участков - для расчета раздутия оболочки твэла. Базовая ячейка для анализа тепломассопереноса составляла пространство, ограниченное 4 соседними твэлами. При повторном заливе в ячейке предполагалось состояние насыщенного пара во всех осевых точках выше фронта смачивания. Рост фронта смачивания рассчитывался с использованием корреляций в интегральной форме. Двумерная теплопроводность в твэле рассматривалась по методу взвешенных невязок в радиальном направлении и по методу конечных разностей в азимутальном направлении. Двумерная модель раздутия оболочки твэла в программе РЯЕТА-В была существенно модифицирована. Каждый из -ти участков в окружном направлении имеет свой радиус кривизны, являясь функцией азимутального угла, и раскладывается в ряд Фурье. Приращение обобщенной деформации на каждом шаге получается путем использования уравнений ползучести для аи(3 фаз сплава 2пса1оу. Оболочка считается разрушенной, когда локальная окружная деформация достигнет пороговой величины. Изучение процесса баллунинга во внереакторных экспериментах имеют две цели: кинетика деформаций и остаточная деформация после разрушения. Пучок стержней в МТ-1 эксперименте состоял из твэла и одной кабельной трубы. Одиннадцать твэлов, расположенные в центральной крестообразной области, были нагружены давлением 3. МПа. Оставшиеся твэлов не имели давления. Реальная длина испытываемых твэлов составляла 2. ПШ. Средняя линейная мощность равнялась 0 Вт/см. Осевая неравномерность достигала величины 1 Расход пара перед началом нестационарного режима составлял величину кг/м с. В данном эксперименте не моделировалась первая стадия ЬОСА, когда происходит гидравлический и термический удар. Суммарная мощность была принята равной минимальной мощности реактора, и охлаждение твэлов с самого начала осуществлялось паром. После начального стационарного состояния поступление пара в пучок резко прекращалось на секунд для того, что бы произошел разогрев твэлов. Повторный залив начинался на секунде, при этом уровень воды находился у нижней части пучка. Температура оболочки на . В эксперименте МТ-1 не было замеров температуры в местах раздутия, а также не было замеров давлению в газовом зазоре. Поэтому температура и давление разрушения оценивались расчетным путем. Рассчитанная температура разрушения порядка К соответствует наибольшей пластичности Zircaloy, и поэтому эксперименты МТ-1 гарантируют консервативность результатов. В работе [] изложен подход ГНЦ РФ ВНИИНМ к анализу блокировки проходного сечения при авариях на АЭС с ВВЭР. Были разработаны геометрическая и математическая модели определения блокировки. В математической модели вводится понятие вероятности расположения раздутий на одном уровне и утверждается, что в рассматриваемой группе п тюлов могут реализовываться блокировки четырех различных типов, появление каждой из которых определяется своей важностью. В результате вариантных расчетов получено, что величина блокировки проходного сечения существенно зависит от азимутальной и осевой неравномерности деформирования оболочек твэлов и определяется значением окружной деформации при разрушении и разбросом по высоте. В статье обсуждаются результаты, полученные по программам БЛОКВ (вероятностный расчет блокировки проходного сечения сборки), CLAD (расчет высотной протяженности раздутия оболочки твэла в зависимости от высотной неравномерности температуры, величины максимальной температуры и внутреннего давления) и НЕТЕМ1 (двумерное моделирование сопряженных тепловых и механических процессов). Утверждение о возможности теоретической оценки протяженности раздутий оболочки по высоте на основе анализа потери устойчивости пластического деформирования не подтверждено дальнейшими вычислениями.