Измерения показали, что для контрольных стержней среднемассовый диаметр аэрозолей составляет 2,0 мкм и стандартное геометрическое распределение -- 1,9, для топлива, соответственно -- 0,3 мкм и 1,5.
Описание расчетной схемы
Нодализационная схема установки, используемая при расчетах по коду СОКРАТ/В3 показана на рисунке 4. Каналы CV030 и CV035 моделируют нижнюю и верхнюю часть основного сосуда. В нижней части располагается модель топлива, обогреваемая внутренним источником тепла. Канал CV015 представляет собой камеру смешения и позволяет варьировать расходные и тепловые характеристики подаваемого гелия. Смесь пара и борной кислоты вводятся в канал CV035 в виде внутреннего источника. Термоградиентная труба разбивается на два канала: CV040, длинной 0,1 м и CV042, длинной 0,38 м. Канал CV040 разбит на 2 части длиной по 50 мм каждая. Канал CV042 разбит на 8 частей, семь из которых длиной 50 мм и один длиной 30 мм. Стальная трубка задана каналом CV060, который разбит на 8 элементов, каждый длиной 100 мм. Модель контейнмента представляет собой камеру CV700, соединенную с краевым граничным условием, моделирующем окружающую среду. Основные характеристики каналов представлены в таблице 4.
Таблица 4. Основные характеристики каналов
|
Наименование |
Объем, м3 |
Площадь проходного сечения, м2 |
Примечание |
|
|
CV015 |
1,0•10-2 |
0,1 |
Вертикальный |
|
|
CV030 |
3,43•10-4 |
2,64•10-3 |
Вертикальный |
|
|
CV035 (основной сосуд) |
3,43•10-4 |
2,64•10-3 |
Вертикальный |
|
|
CV040 |
9,62•10-5 |
9,62•10-5 |
Горизонтальный |
|
|
CV042 |
1,862•10-4 |
4,91•10-4 |
Горизонтальный |
|
|
CV060 |
3,437•10-4 |
4,91•10-4 |
Горизонтальный |
|
|
CV700 |
0,30525 |
0,555 |
Камера |
7-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
17-20 мая 2011 г.
Рисунок 4. Нодализационная схема экспериментальной установки
Трубы, стены и другие конструкционные элементы моделируются в виде тепловых элементов (&HEAT_ELEMENT) -- элементов определенной формы, для которых в коде СОКРАТ/В3 решается задача теплопроводности. Поскольку для всех элементов температура определялась экспериментально, то граничное условие для внешней поверхности тепловых элементов было определено в виде табулированной температурной зависимости.
Целью работы является верификация моделей осаждения, используемых в коде СОКРАТ/В3 на данных, полученных в эксперименте FALCON. Выход продуктов деления из топлива не моделировался. Интегральное количество каждого из продуктов деления, вышедшее из топлива и полученное в эксперименте, вводилось в виде соответствующих источников в канал CV030.
Из процессов, влияющих на поведение аэрозолей, в коде СОКРАТ/В3 учитываются следующие:
перенос ПД потоком газа;
конденсация паров на аэрозолях и испарение с их поверхности;
осаждение аэрозолей за счет гравитации, диффузии в ламинарном и турбулентном потоках, турбофореза, термофореза, диффузиофореза;
гравитационная, броуновская, турбулентная коагуляция аэрозолей.
При описании процесса конденсации и испарения на поверхности аэрозолей предполагается отсутствие поверхностного натяжения, гигроскопичности компонентов и температурное равновесие между атмосферой и аэрозолями.
Анализ результатов расчетов по данным эксперимента FALCON-ISP1
Теплогидравлические параметры рассчитывались по коду СОКРАТ/В3 максимально приближенные к экспериментальным значениям. На рисунке 5 показана температура внутренней поверхности термоградиентной трубы вблизи основного сосуда, сплошная кривая - экспериментальные измерения, кривая, маркированная квадратами - результаты расчета по коду СОКРАТ/В3.
Рисунок 5. Температура внутренней поверхности термоградиентной трубки вблизи основного сосуда (40 мм)
На рисунках 6-8 показаны профили плотности осаждения цезия, теллура и бария вдоль термоградиентной трубы, рассчитанные по коду СОКРАТ/В3 в сравнении с экспериментальными данными, полученными в эксперименте Fal-ISP1.
Рисунок 6. Профиль плотности осаждения Cs вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP1 (черная кривая)
Рисунок 8. Профиль плотности осаждения Te вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP1 (черная кривая)
Рисунок 8. Профиль плотности осаждения Ba вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP1 (черная кривая)
Анализ результатов расчетов по данным эксперимента FALCON-ISP2
На рисунке 9 показан профиль температуры несущей среды и поверхности вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 на момент времени 1800 с. На протяжении всей кварцевой трубки имеет место градиент температуры, направленный от поверхности к несущей среде. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что на этом участке идет процесс осаждения аэрозолей на внутреннюю поверхность трубки за счет термофореза.
Рисунок 9. Профиль температуры несущей среды и поверхности вдоль термоградиентной трубки. Расчет по коду СОКРАТ/В3 по данным эксперимента Fal-ISP2
На рисунках 10-12 показаны профили плотности осаждения цезия, теллура и бария вдоль термоградиентной трубки, рассчитанные по коду СОКРАТ/В3 в сравнении с экспериментальными данными, полученными в эксперименте Fal-ISP2.
Рисунок 10. Профиль плотности осаждения Cs вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP2 (черная кривая)
Рисунок 11. Профиль плотности осаждения Te вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP2 (черная кривая)
Рисунок 12. Профиль плотности осаждения Ba вдоль термоградиентной трубки, рассчитанный по коду СОКРАТ/В3 (красная кривая) в сравнении с экспериментальными данными Fal-ISP2 (черная кривая)
Верификации кода СОКРАТ/В3 на результатах экспериментов Falcon-ISP1 и ISP2 показала удовлетворительное соответствие расчетных и экспериментальных данных.
В процессе моделирования экспериментов ISP1 и ISP2 выяснилось, что имеют место значительные неопределенности в исходных данных, в частности, в массовом расходе имитаторов продуктов деления, поскольку отдельные эффекты, которые были измерены в эксперименте, относились к тепловым профилям, отличающимся от профилей самого эксперимента ISP. Более того, предполагается, что скорость выхода одинакова для всех имитаторов продуктов деления, несмотря на то, что имеет место значительное различие в их летучести. Например, предполагается, что барий выходит из образца топлива в одно и то же время, что и цезий, однако на самом деле ожидается, что на момент начала выхода бария цезия должно выйти значительное количество. Дальнейшие трудности возникают из-за вариаций дополнительной инжекции пара и соединений бора. Инжекция отключается, в то время как имитаторы продуктов деления еще продолжают выходить. Это усложняет анализ химических процессов, происходящих с имитаторами продуктов деления за счет недостатка водяного пара во время выполнения эксперимента и изменения массы бора, участвующей в химических реакциях.
Эффекты, связанные с переходными процессами, влияют на скорость выхода разных имитаторов продуктов деления в экспериментальную установку для частиц в разных размерных интервалах. Размер частиц и, соответственно, скорость осаждения зависит от температурного градиента в точке, где пары подвергаются процессу нуклеации, а также от скорости генерации данного материала (то есть, от концентрации паров). Для тех элементов, которые переносятся преимущественно в виде аэрозолей, различие между расчетом и экспериментом в форме профилей осаждения может происходить из-за неопределенности данных по распределению аэрозолей по размерам.
Список литературы
контейнмент реакторный установка плавление
1. Расчетный код СОКРАТ/В1", Аттестационный паспорт программного средства, Рег. номер 275, 13.05.2010.
2. Bolshov L., Strizhov V. SOCRAT The System of Codes for Realistic Analysis of Severe Accidents. Proceeding of ICAPP'06 Reno, NV USA, June 4-8, 2006, Paper 6439.
3. S.V. Tsaun, V.V. Beslepkin, A.E. Kiselev, I.A. Potapov, V.F. Strizhov, L.I. Zaichik, "Numerical Simulation of the Behavior of Fission Products in the Primary Circuit of the VVER during the LOCA Severe Accident", ICONE17-75159, Proceedings of the 17th International Conference on Nuclear Engineering, ICONE17, July 12-16, Volume 2, 2009, Brussels, Belgium, pp. 361-368.
4. В.М. Алипченков, А.Е. Киселев, С.В. Цаун, "Верификация моделей осаждения продуктов деления в первом контуре на маломасштабных экспериментах в расчетном комплексе СОКРАТ", 7-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия 17-20 мая 2011 г., Сборник тезисов докладов, стр.29. http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2011/autorun/article41-ru.htm.
5. A.M. Beard and P.J. Bennett, CSNI ISP 34 (FALCON), Data report: Test 1 (FAL-ISP1), FAL/ISP (92)29, September 1992.
6. A.M. Beard and P.J. Bennett, CSNI ISP 34 (FALCON), Data Report: Test 2 (FAL-ISP2), (FAL/ISP(93)42), July 1993.