, ,

1, 1, 1,
1, 1

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 1Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Разработка алгоритмов и программ
для повышения надежности и безопасности режимов с низким уровнем расхода теплоносителя через активную зону ВВЭР

Решается проблема комплексного моделирования нейтронно-физических и тепло-гидравлических процессов в активной зоне ВВЭР. Для адекватного моделирования гидравлики активной зоны в условиях низкого уровня расхода теплоносителя требуется применять трехмерное моделирование. На базе модели пористого тела разработана программа ТРЕТОН, которая подготавливается для внедрения в программу NOSTRA трехмерной динамики активной зоны ВВЭР.

Основным направлением проекта является комплексное исследование нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в активной зоне и парогенераторе энергоблоков с реакторами типа ВВЭР, нацеленное на разработку адекватных моделей расчета режимов с пониженным расходом теплоносителя (в частности, режима естественной циркуляции теплоносителя (ЕЦТ)) в критическом состоянии активной зоны.

В активных зонах ВВЭР, составленных из бесчехловых сборок тепловыделяющих элементов, даже при номинальных режимах работы распределение скоростей и температур является трехмерным. При этом в полной мере проявляются как трехмерность, так и анизотропия переноса тепла, импульса и массы в такой анизотропной структуре, какой является бесчехловая сборка твэлов.

При низких продольных скоростях циркуляции теплоносителя в активных зонах ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500 (работа на одном главном циркуляционном насосе (ГЦН), в режиме ЕЦТ) имеют место значительные радиальные перетечки теплоносителя, которые необходимо учитывать при моделировании стационарных и динамических процессов, особенно в критическом состоянии реактора, для адекватного описания полей плотности потока нейтронов и энерговыделения. В режиме ЕЦТ, с увеличением мощности реактора, знание трехмерной картины теплогидравлики необходимо также для решения задачи определения теплотехнической надежности.

Для описания трехмерной теплогидравлики активной зоны ВВЭР использовалась модель пористой среды, которая не имеет, в отличие от поканальных методик, принципиальных трудностей в описании трехмерных полей скоростей, температур и давлений в потоке теплоносителя и является поэтому предпочтительной при выполнении тепло-гидравлических расчетов.

Развита модель пористого тела. Уточнено описание объемной силы сопротивления, исследованы закономерности эффективного переноса тепла и импульса в потоке, обтекающем стержневую сборку, определены условия на границах пористой структуры.

Решалась задача создания соответствующего программного блока и внедрения этого блока в комплексную программу NOSTRA согласованного расчета динамики активной зоны ВВЭР.

Расчетный комплекс программ NOSTRA создан в МИФИ на кафедре теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов при содействии Минатома РФ, для выполнения проектных и эксплуатационных исследований процессов, происходящих в активной зоне ВВЭР. Моделирование проводится на базе трехмерной нейтронно-физической модели. Модель позволяет рассчитывать поля нейтронов, мгновенного и остаточного энерговыделения, температур топлива и теплоносителя, концентрации эмиттеров запаздывающих нейтронов и функционалов от этих величин.

В рамках работы над проектом теплофизическая модель программы NOSTRA была усовершенствована. Разработана модель твэла с любым числом радиальных зон топлива, проведен поиск оптимального числа зон топлива при моделировании быстрых реактивностных аварий. Адаптированы современные данные зависимостей свойств топлива и контактного слоя от температуры и выгорания для консервативного анализа теплотехнической надежности.

В настоящее время рассматривается режим естественной циркуляции теплоносителя в первом контуре энергоблока с ВВЭР-1000. Предполагается, что при отключении главных циркуляционных насосов реактор не переводится в подкритическое состояние и выводится на мощность 30% от номинальной с подключением турбины. Использование такого решения в случае полной или частичной потери принудительной циркуляции теплоносителя позволит сократить время простоя блока и, тем самым, повысить КИУМ.