Моделирование распространения водородосодержащих смесей в замкнутых объемах защитных оболочек

• Автор: Витушкина, Наталья Михайловна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

Введение
Глава 1 Пространственные математические модели для описания процессов гидрогазодинамики, тепло и массопереноса. Состояние вопроса.

1.1 Моделирование на основе полной системы уравнений Навье Стокса.

1.1.1 Математическая модель

1.1.2 Конечно разностные методы численного интегрирования

1.1.3 Особенности методов расчета течений с малыми числами Маха

1.2 Модель сжимаемой жидкости для существенно дозвуковых течений.

1.3 Модель несжимаемой жидкости, приближение Буссинеска

1.3.1 Методы расчета течений несжимаемой жидкости в рамках модели Буссинеска

1.4 Обзор кодов для моделирования трехмерных внутренних течений

Заключение к главе 1
Глава 2 Математическое моделирование распространения водорода в помещениях контейнмента
2.1 Описание СДТ модели
2.2 Конечноразностная аппроксимация дифференциальных уравнений
2.2.1 Конечноразностная аппроксимация уравнения переноса импульса
2.2.2 Конечно разностная аппроксимация уравнения энергии
2.2.3 Конечно разностная аппроксимация уравнения переноса компонентов газовой смеси
2.3 Метод решения
2.4 Тестирование модели сжимаемой среды
2.4.1 Балансность разностной схемы
2.4.2 Схемная искусственная диффузия
2.4.3 Сопоставление с моделью несжимаемой жидкости
Заключение к главе 2
Глава 3 Верификация модели на основе экспериментальных данных Международной стандартной задачи I по теплогидравлике контейнмента
3.1 Описание моделей установок и I
3.2 Результаты расчетов
3.3 Описание модели установки I
3.4 Результаты расчетов
Заключение к главе 3
Глава 4 Практическое приложение к проектам АЭС с ВВЭР.
4.1 Моделирование задачи о выбросе водорода в подкупольное пространство.
4.2 Влияние нодализации расчетной области в коде 3 на результаты расчета
4.3 Моделирование задачи о выбросе водорода в бокс аварийного парогенератора
Заключение к главе 4
Выводы
Литература
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время аспектам безопасности действующих и проектируемых АЭС уделяется большое внимание. Обоснование работоспособности контейнмента защитной оболочки, представляющей собой последний барьер безопасности АЭС, является составной частью этой проблемы, поскольку от его целостности полностью зависит возможность выброса продуктов деления в окружающую среду в случае разгерметизации первого контура. При этом важным является анализ широкого спектра физических явлений, обеспечивающих корректное взаимосогласованное моделирование термогазодинамических процессов, протекающих в контейнменте при аварии, в особенности распространение водорода. Такой анализ необходимо выполнять с использованием компьютерных кодов нового поколения с моделями i i i, обладающими необходимым уровнем детализации расчетных областей и протекающих в них процессов. Результатом работы над таким кодом явилась оригинальная версия кода 3 модель. В ней были применены новые подходы, как в физической постановке, так и в численном решении задачи.
Актуальность


Основные положения диссертационной работы изложены в 7 публикациях: 2 статьи (журналы Инженерная физика, [], Теплоэнергетика, [8]), 2 препринта [,], 3 сборника докладов по материалам конференций [5,6,7]. I. Разработанная оригинальная версия физико-математической модели сжимаемой среды, позволяющая моделировать характерные процессы и пространственные эффекты) в защитных оболочках АЭС с ВВЭР, связанных с течью теплоносителя (тепло - и массообмен в водородосодержащей смеси с учетом влияния естественной и вынужденной конвекции, стратификацию, образование локальных скоплений горючих смесей Н2-Н-воздух). Оригинальная методика численного решения системы дифференциальных уравнений, позволяющая выполнять достоверные расчеты нестационарных характеристик течения (давление, концентрация, температура, скорость), пространственного распределения температуры и концентраций компонентов паро-газовой смеси в объеме контейнмента АЭС. Версия кода KUPOL-3D и результаты численного моделирования аварии с выбросом водорода в область подкупольного пространства. Автор выражает искреннюю благодарность к. Номофилову Е. В., под руководством которого закладывалась эта работа, к. Шаньгину H. H., под руководством которого работа приняла конкретную направленность, к. Лукьянову A. A., профессору д. Юрьеву Ю. С., к. Зайцеву А. А., к. Кумаеву В. Я. за постоянное внимание к работе и обсуждение постановки и результатов; д. Гинкину В. П., к. Артемьеву В. К., к. Парафило Л. М., к. Крючкову Д. В за квалифицированную консультацию; д. Безлепкину В. В. и к. Таранову Г. С. за конструктивные замечания. Глава 1. В связи с повышенными требованиями к обоснованию безопасности АЭС с ВВЭР, актуальной, в настоящее время, является задача определения локальных характеристик тепломассообмена в процессах, сопровождающих различные аварии [1]. Контейнмент (защитная оболочка) представляет собой последний барьер безопасности АЭС. Его целостность полностью определяет возможность выброса продуктов деления в окружающую среду в случае разгерметизации первого контура. Как известно, для АЭС с ВВЭР (рис. Эти аварии сопровождаются разрушением системы охлаждения активной зоны с возникающим при этом плавлением ядерного топлива и образованием больших количеств водорода при взаимодействии паров воды с циркониевыми оболочками топливных стержней и стальными конструкциями. Для предотвращения детонации наиболее перспективно ней-трализовывать водород при помощи современных штатных рекомбинаторов, устанавливаемых на АЭС. Чтобы принимаемые меры безопасности гарантированно предотвратили и локализовали последствия аварии, необходимо знать в каком количестве, где (в каких помещениях), в каком месте помещения нужно располагать рекомбинаторы. По расчетам с использованием контейнментных кодов в сосредоточенных параметрах можно оценить только общее количество рекомбинаторов и их распределение по помещениям [4]. Однако корректное количество рекомбинаторов и их локальное размещение можно определить только с помощью пространственных кодов. В проектах АЭС с бетонной защитной оболочкой отвод тепла при авариях с разгерметизацией 1-го контура в основном предусмотрен за счет объемной конденсации пара в контейнменте на струях жидкости, поступающей из спринклерных устройств, а также за счет аккумулирования тепла в конструкциях. Функционирование спринклерной системы может также оказать значительное влияние и на распределение водорода в объеме (особенно в подкупольной части пространства). В полной мере экспериментально исследовать процессы, протекающие в объеме защитной оболочки не представляется возможным, поэтому теоретический анализ на основе математического моделирования является важнейшим, а в некоторых случаях и единственным средством получения необходимой информации для обоснования безопасности действующих и проектируемых объектов атомной энергетики. В соответствии с требованиями действующей нормативной документации и рекомендациями МАГАТЭ необходимо разрабатывать теплогидравлические расчетные коды нового поколения. К числу наиболее известных зарубежных расчетных кодов нового поколения можно отнести, например СА8РШУ.