Расчетно-экспериментальные методы обоснования поведения твэлов и ТВС ВВЭР в аварийных режимах с большой течью из первого контура РУ

• Автор: Семишкин, Валерий Павлович
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Подольск
• Количество страниц: 360 с. : ил.

Введение.
Глава 1 Обоснование безопасности в авариях с течами теплоносителя и моделирование поведения твэлов и ТВС

1.1 Конструкция активной зоны и обоснование безопасности.

1.1.1 Конструкция твэлов, ТВС и активной зоны

1.1.2 Нормативные требования к твэлам и I3.

1.1.3 Нейтроннофизические расчты.

1.1.4 Тсплогидравличсскос моделирование активной зоны в авариях с течами теплоносителя

1.2 Поведение твэла в авариях с потерей теплоносителя

1.2.1 Теплопроводность в твэле.

1.2.2 Деформирование оболочки твэла и механические свойства циркониевых сплавов

1.2.3 Окисление оболочки твэла.

1.2.4 Коды для описания поведения твэлов в авариях.
1.3 Расчетная схема несвязанного решения задачи поведения активной
1.3.1 Моделирование твэла в теплогидравлическом коде.
1.3.2 Консерватизм расчетной схемы.
1.3.3 Описание термомеханического поведения ТВС в авариях БТ.
1.4 Экспериментальные работы в рамках несвязанного решения задачи
поведения твэла.
1.4.1 Испытания одиночных имитаторов твэлов
1.4.2 Испытания сборок имитаторов твэлов.
1.4.3 Блокировка проходного сечения экспериментальной сборки.
1.4.4 Экспериментальные исследования влияния окисления на охрупчивание
оболочек твэлов
Выводы по главе
Глава 2 Разработка методик и кодов дли обоснования безопасности активной зоны в связанной постановке
2.1 Двухмерное моделирование поведения твэла в аварии БТ.
2.1.1 Постановка задачи об осесимметричном поведении твэла.
2.1.2 Осесимметричная задача теплопроводности
2.1.3 Описание газового зазора.
2.1.4 Моделирование деформирования топливного стержня
2.1.5 Окисление оболочек твэлов
2.1.6 Моделирование осесимметричного пластического деформирования
2.1.7 Моделирование осесимметричною локального раздутия при ползучести. 0 2.2 Построение уравнений механического состояния для оболочечных
сплавов
2.2.1 Связанные уравнения ползучести и повреждения
2.2.2 Экспериментальное изучение высокотемпературного деформирования трубчатых образцов.
2.2.3 Построение уравнений механического состояния
2.2.4 Верификация осесимметричной модели ползучести оболочки твэла
2.3 Трхмерная модель повеления твэла
2.3.1 Основы построения трехмерной модели.
2.3.2 Трхмерная задача теплопроводности
2.3.3 Конечноэлементная модель деформирования оболочки твэла.
2.3.4 Приближнная методика моделирования трхмерного раздутая твэла при ползучести.
2.4 Связанность расчта твэла и тенлогидравлики активной зоны.
2.4.1 Твэл в расчтной схеме кода КАНАЛ.
2.4.2 Поячейковая расчтная схема.
2.4.3 Твэл в расчетной схеме кода КОРСАР
Выводы по главе 2.
1 лава 3 Стендовые испытания сборок имитаторов твэлов.
3.1 Испытания твэльных сборок на второй стадии ПА БТ
3.1.1 Общая постановка экспериментальных работ на стенде ПАРАМЕТР
3.1.2 Моделирование твэла в составе ти и ми стержневых сборок.
3.1.3 Анализ результатов испытаний и посттестовые исследования.
3.1.4 Посттестовые расчты второй стадии аварии
3.1.5 Посттестозые расчты эксперимента БТ2.
3.1.6 Испытания ти твэльных сборок в условиях второй стадии ЗПА
3.2 Испытания твэлов на первой стадии ПА БТ
3.2.1 Расчтные и экспериментальные сценарии развития аварии на первой стадии ПА БТ.
3.2.2 Результаты испытаний одиночных твэлов на первой стадии
3.2.3 Моделирование последовательного развития первой и второй стадий аварии ПА БТ.
3.2.4 Посттестовыс расчты первой стадии аварии
3.3 Моделирование поведения сборок с заданными температурными
неравномерностями.
3.3.1 Моделирование ми твэльных сборок для связанной постановки
V 3.3.2 Результаты испытаний с имитацией температурной неравномерности в
поперечном сечении сборки
3.3.3 Посттестовые расчеты испытаний сборки в связанной постановке
Выводы по главе 3.
Глава 4 Разработка методик и кодов для анализа высокотемпературного
поведения ТВС.
4.1 Расчтное моделирование ТВС по сгсржневон схеме.
4.1.1 Особенности построения расчтных схем для анализа деформирования
4.1.2 Моделирование пучка твэлов и НК.
4.1.3 Взаимодействие твэлов с ДР и некоторые результаты расчтного анализа.
ф 4.1.4 Взаимодействие топливного стержня с оболочкой твэла.
4.1.5 У чт эффектов высокотемпературных пластичности и ползучести
4.2 Конечноолементное моделирование ТВС
4.2.1 Основные подходы к расчту ТВС на основе МКЭ
4.2.2 Контактное взаимодействие твэлов с ячейками ДР
4.2.3 Моделирование деформирования ДР.
4.2.4 Конечноэлементное моделирование локальных эффектов деформирования
4.3 Методология высокотемпературных механических испытаний ТВС.
4.3.1 Испытания модельных ТВС на стенде ПАРАМЕТР
4.3.2 Разработка стенда для испытания полномасштабной ТВС.
ф 4.3.3 Расчтные анализы экспериментальных сборок
4.4 Обеспечение демонтажа акт ивной зоны после аварии.
4.4.1 Концепция разбираемости активной зоны.
4.4.2 Деформирование ТВС в процессе выгрузки из активной зоны
4.4.3 Определение напряжений в окисленной оболочке при заливе и выгрузке
из активной зоны.
В ы воды по главе 4.
Заключение
Список литературы


Для описания этой зависимости требуются вычислительные коды, реализующие связанную постановку задачи , , в отличие от существующего в большинстве кодов подхода к изолированному или физически недостаточно обоснованному рассмотрению термомеханики твэла. Для улучшения расчта переноса тепла в АЗ в связанной постановке можно принять рекомендации по объединению кода БИАРТ, предназначенного для анализа поведения топлива, с теплогидравлическим кодом СОВКА1У, сформулированные в общем виде в . Энергия, выделяющаяся в твэлах реактора, является источником всех процессов теплообмена в АЗ , , . Топливо, будучи керамикой, имеет более низкую тепломкость и теплопроводность по сравнению с материалом оболочки. Несмотря на то, что в начале эксплуатации температура топлива выше температуры оболочки, величина зазора между топливом и оболочкой сохраняется, т. Ю2 намного меньше, чем для сплава циркония. Поскольку температура топлива весьма высока и в реакторе ВВЭР в НЭ достигает значения С, запаснная энергия в твэлах весьма значительна. Для проблемы безопасности в аварии БТ имеют значение следующие локальные нестационарные процессы изменение режимов кипения и связанная с этим критическая плотность теплового потока повторное смачивание переходный режим кипения обращение течения пленки жидкости на поверхности оболочки разрушение пограничного слоя изменение режимов течения двухфазной смеси пульсации потока при повторном поступлении жидкости локальные волны конденсации перенос тепла теплопроводностью при попадании жидкости на перегретую поверхность оболочки растрескивание твэлов и паровые взрывы. Основные параметры для решения задачи теплопроводности в твэле, а именно, удельная теплопроводность Я и теплоемкость Ср материалов твэла и проводимость газового зазора показаны в таблице 2. Росса и Стоута , основанные на экспериментальных значениях, полученных для реальных значений температуры, давления газа и его состава. Для обоснования безопасности ВВЭР используются зависимости проводимости газового зазора, показанные на рисунках 1. С увеличением выгорания топлива значение коэффициента теплопроводности уменьшается . При облучении в топливных таблетках накапливаются дефекты структуры, растворимые и нерастворимые продукты деления. Также выпадают твердые включения и газовые пузырьки. С повышением выгорания образуется птслой, в котором

с. Нагрузи. Рисунок 1. Зависимость проводимости зазора от линейной нагрузки в начале кампании
Выгадан. Рисунок 1. Зависимость проводимости зазора от выгорания при линейной нагрузке 8 кВтсм

а

наблюдается увеличение пористости и переход к мелкозернистой структуре рекристаллизации. Зависимость теплопроводности от выгорания имеет эмпирический вид, получаемая на основе теоретического моделирования эффекта выгорания при определении теплопроводности . Неосесимметричность теплопроводности в твэлс, хоть и незначительная, является весьма распространенным явлением. Причинами этого могут быть неосесимметричность расположения таблетки в оболочке, овальность оболочки, изгиб твэлов изза общего формоизменения ТВС или собственно твэла, а также изза неравномерностей теплообмена по периметру твэла. Неравномерность теплопроводности по высоте твэла вызывается, в основном, заданным профилем тепловыделения. С точки зрения термомеханики оболочки твэла неравномерность температуры по периметру твэла и по высоте являются причиной образования неосесимметричного локального раздутия. Построение уравнений механического состояния материалов оболочки твэла, НК и ДР при высокой температуре от 0 до С в ПА и ог 0С вплоть до температуры плавления материала оболочки твэла в ЗПА связано со значительными трудностями , . При высокой температуре элементов ТВС и действия перепада давления на стенке твэльной трубки в аварии БТ, а также продольных и изгибных усилий в твэлах, НК и ДР, в элементах ТВС будут развиваться упругопластические деформации и деформации ползучести. В зависимости от температуры и фазового состояния циркониевого сплава диапазон изменения температуры в аварии ПА БТ можно условно разбить на 4 интервала по типу кривых ползучести и кривых мгновенного деформирования рисунок 1
е
е
е
т
т
Ее
Рисунок 1.