Численное моделирование физико-химических процессов в активной зоне водо-водяных реакторов на начальной стадии запроектной аварии, развитие и верификация кода ANCOR

• Автор: Карпов, Владимир Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Общая характеристика компьютерных кодов для моделирования состояния активной зоны энергетических реакторов
2. Физико-химические процессы, протекающие в твэлах и внутрикорпусных конструкциях при нормальных и аварийных режимах работы реактора
2.1. Процессы в топливе
2.2. Процессы в газовом зазоре топливо-оболочка
2.3. Процессы в оболочке
2.4. Физико-химические процессы в твэле, характерные для аварийных режимов работы .. Л. л, ДЛ
2.5. Физико-химические процессы при разрушении внутрикорпусных конструкций реактора
3. Архитектура и функциональное наполнение кода АЖХЖ
3.1. Общие сведения о коде АЛСОЯ
3.2. Модели макроуровня
3.2.1. Математическая модель для описания фазы “теплоноситель”
3.2.2. Математическая модель для описания фазы “твердый скелет”
3.3. Математическая модель обобщенного твэла
3.3.1. Определяющее уравнение и сетка микроКО
3.3.2. Модель теплообмена между топливом и оболочкой
твэла
3.3.3. “Стандартная” модель радиационного обмена
3.4. Метод решения системы определяющих уравнений

4. Анализ и тестирование моделей микроуровня
4.1. Модели деформационного состояния твэла
4.1.1. Математическая постановка задачи и алгоритм расчета
4.1.2. Результаты методических расчетов и тестирования деформационных моделей
4.2. Модель пароциркониевой реакции в конструкциях активной зоны реактора
4.2.1. Расчетная методика
4.2.2. Результаты методических и тестовых расчетов процесса окисления оболочек твэлов
4.3. Численное моделирование процессов в одиночном твэле применительно к различным сценариям аварии
5. Численное моделирование эксперимента С(ЖАД2
5.1. Экспериментальная установка С(ЖАД¥2 и методика проведения эксперимента
5.2. Модель численного эксперимента
5.3. Анализ полученных результатов
6. Численное моделирование физико-химических процессов в осушенной активной зоне ВВЭР-1000 в условиях запроектной аварии
6.1. Постановка задачи
6.2. Анализ полученных результатов
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1. Методика расчета угловых коэффициентов
излучения в экспериментальной установке ССЖАЛ/У!
Приложение 2. Теплогидравлическая модель реактора ВВЭР-1000

ВВЕДЕНИЕ
Необходимость детального исследования поведения реакторных установок в условиях запроектных и, в частности, тяжелых аварий (ТА) и анализа на этой основе эффективности работы аварийных систем в настоящее время общепризнана. Для России эта задача сопряжена также с окончанием в ближайшее десятилетие сроков эксплуатации ряда блоков ВВЭР-210, ВВЭР-440 и необходимостью серьезного обоснования возможности их дальнейшей эксплуатации.
Для запроектной аварии характерны нарушение адекватного охлаждения активной зоны (АЗ), разогрев твэлов и элементов внутрикорпусных конструкций, интенсивное окисление металлических конструкций, мощная генерация пара и водорода в корпусе, деформация твэлов, расплавление и затвердевание топлива, оболочек и др. элементов, взаимодействие расплавленных масс с теплоносителем и реакторным оборудованием, блокировка каналов охлаждения, фрагментация и перемещение расплавленных и отвердевших материалов и как итог -частичное или полное разрушение АЗ реактора (тяжелая авария). Развитие запроектной аварии и ее последствия (паровой взрыв, повреждение корпуса, расплавление бетонной шахты, выход и распространение продуктов деления) в значительной мере определяются сложными тепло-и массообменными (ТМО) процессами в АЗ на начальных стадиях аварии. Уникальный характер протекания этих процессов исключает как промышленные испытания, так и прямой перенос данных экспериментальных исследований, полученных на интегральных стендах, что предопределяет место и роль численного эксперимента. Очевидно, что детальные исследования поведения реакторных установок в условиях запроектных аварий в значительной мере вынуждены опираться на методы численного моделирования

дЦ'Р) , а(Т»_р дт дг
дт дт Р/р = ЯТ,
где и,р,Р - скорость, плотность и давление смеси газов под оболочкой, Р - площадь поперечного сечения зазора, Е,- коэффициент, учитывающий трение в кольцевом канале переменного сечения. В модели [17] предполагается также, что температура газа равна средней температуре поверхностей топлива и оболочки.
Одной из важных особенностей циркониевых оболочек твэлов является возможность их окисления в среде водяного пара при температурах выше 800°С. Этот эффект наблюдается в аварийных ситуациях, сопровождающихся ухудшением теплообмена и резким возрастанием температур. В результате экзотермической пароциркониевой реакции гг+2Н20г02+2Н2+0 образуется диоксид циркония и газообразный водород. При избытке пара и высоких температурах теплота химической реакции становится сравнимой с тепловыделением топлива. Кроме того имеет место диффузия кислорода в подоксидный слой с образованием слоя а-фазы циркония, стабилизированной кислородом (Рг (())), и слоя /?-фазы циркония. Все эти слои обладают различными механическими и теплофизическими свойствами. Так, 2г02 обладает максимальной хрупкостью, а /?-фаза циркония - наибольшей пластичностью. В целом интегральная механическая прочность окисленной оболочки зависит от относительных толщин этих слоев, то есть от распределения кислорода по сечению оболочки. Заметим, что теплофизические свойства слоев также различны.