Исследование расхолаживания модельных твс ввэр и pwr при максимальной проектной и запроектной авариях - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Тезисы доклада Состояние внутриреакторного термоконтроля и анализ... 1 41.95kb.
Аксиальное профилирование в твс ввэр-1200 для минимизации объемной... 1 82.79kb.
Ядерные технологии 1 70.75kb.
Обоснование начальной (максимальной) цены контракта 1 16.05kb.
«нпв» эффект и ядерная энергетика (на примере реакторов типа ввэр-pwr) 1 22.53kb.
Закона №94 от 21 июля 2005 года «О размещении заказов на поставку... 1 26.43kb.
13. Телекоммуникационная вычислительная система (твс) 6 1052.36kb.
Андрей Ильин Школа выживания при авариях и стихийных бедствиях 17 3584.17kb.
Параметрические расчетные исследования реактора типа ввэр 1 202.77kb.
О математическом моделировании аварии, происшедшей с реактором pwr... 1 108.44kb.
Закона №94 от 21 июля 2005 года «О размещении заказов на поставку... 1 46.31kb.
Урок «Земля наш дом родной» 1 165.96kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Исследование расхолаживания модельных твс ввэр и pwr при максимальной проектной и - страница №1/2


8-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия

28-31 мая 2013 г.




Исследование расхолаживания модельных ТВС ВВЭР и PWR при максимальной проектной и запроектной авариях
С.С. Базюк, Н.Я. Паршин, Е.Б. Попов, Ю.А. Кузма-Кичта

ФГУП “НИИ НПО “ЛУЧ”, Подольск, Россия

E-mail: bazukss@inbox.ru, kuzma@itf.mpei.ac.ru
Введение

Одним из основных вопросов при исследовании МПА и ЗПА реакторов ВВЭР и PWR является установление параметров оптимального расхолаживания ТВС различной конструкции, определяемых по температуре оболочек, которая не приводит к разрушению твэлов. Теплогидравлические расчетные коды не прогнозируют надежно процессы при повторном заливе. Поэтому разработка приближенных методов определения основных характеристик повторного залива ТВС представляет несомненный интерес.

Исследования повторного залива снизу модельных ТВС PWR и ВВЭР при МПА проводились на стендах RBHT [1], СВД [2] с имитацией остаточного тепловыделения (рис. 1а, б). При этом раздутие и разгерметизация оболочек, взаимодействие циркониевого сплава с водой не моделировались и оптимальные характеристики подачи воды не установлены. Повторный залив модельных ТВС ВВЭР и PWR с предварительно раздутыми и разгерметизированными твэлами исследовали на стенде ПАРАМЕТР [3] (рис. 1в, г). В экспериментах варьировались скорость подачи воды и начальная температура имитаторов твэлов при моделировании остаточного тепловыделения. Предложена балансовая методика расчета длительности расхолаживания твэлов, описывающая опытные данные в диапазоне температур до 1200 оС, однако применимая в условиях, когда запасенное в модельной ТВС тепло существенно превышает подведенное в процессе повторного залива.

а)


б)


в)


г)


Рис. 1. Модельные тепловыделяющие сборки крупномасштабных стендов:

а) 49 стержневая PWR, RBHT, б) 37 стержневая ВВЭР, СВД,

в) 19 стержневая ВВЭР, ПАРАМЕТР, г) 25 стержневая PWR, ПАРАМЕТР

В настоящей работе проведен анализ исследований повторного залива при имитации максимальной проектной и запроектной аварий проводились на модельных ТВС ВВЭР и PWR крупномасштабных стендов RBHT, СВД и ПАРАМЕТР. Применяемые в исследованиях модельные тепловыделяющие сборки моделировали конструкцию штатных ТВС и расположение дистанционирующих решеток. Параметры модельных тепловыделяющих сборок трех крупномасштабных стендов, на которых были проведены эксперименты по имитации повторного залива, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры модельных сборок по исследованию повторного залива



Наименование параметра

RBHT

СВД

ПАРАМЕТР




Твэл

Количество, ед. (тип)

49 (PWR)

37 (ВВЭР)

19 (ВВЭР)

25 (PWR)


Длина нагреваемой

части, мм



3656

3530

1275

Оболочка, мм /
материал

Ø9,5х0,71

инконель


Ø9,14х0,57

сталь


Ø9,13х0,7

Ø9,5х0,585

сплав Э-110


Таблетки, мм /

материал


Ø8,08х1,8

нитрид бора



Ø8х(2÷2,75)

окись магния



Ø7,57×1,685

Ø8,19×2,0

диоксид урана


Нагреватель, мм /

материал


Ø5,72х1,14

монель 500



Ø2,5÷4

нихром


Ø4

тантал





Дистанционирующая решетка

Количество, ед.

7

15

6

Шаг, мм / высота, мм

455 / 45

250 / 20

255 / 20

Материал

инконель 600

нерж. сталь

сплав Э-110




Обечайка

Конфигурация /

размеры, мм



квадратная,

103/6,8


шестигранная,

Dу 91,2/3,3



цилиндрическая, Ø70х2

квадратная Ø67х1,5



Материал

инконель 600

нерж. сталь

сплав Э-110

Время расхолаживания активной зоны реактора в условиях МПА и ЗПА можно оценить, зная скорость фронта смачивания модельных тепловыделяющих сборок. Опытные данные по скорости фронта смачивания модельных ТВС ВВЭР из штатных конструкционных элементов получены в [3] и обобщены зависимостями, учитывающими влияние расхода воды и температуры оболочек. Однако предложенные соотношения справедливы в ограниченном диапазоне режимных параметров и не учитывают имитацию остаточного тепловыделения реактора. Поэтому целями настоящей работы были получение обобщающей зависимости по скорости фронта смачивания модельных ТВС различной конфигурации и масштабности и разработка методики оценки длительности залива и количества пара, образующегося в условиях аварии.


Описание сценариев экспериментов

Эксперименты, моделирующие повторный залив в условиях проектной и запроектной аварий, состояли из нескольких стадий. На рис. 2 представлены температурные кривые, полученные в эксперименте, - изменения температуры оболочек имитаторов твэлов во времени в различных сечениях по высоте модельных ТВС.

На подготовительном этапе эксперимента тепловыделяющие сборки нагревались в среде насыщенного пара до температуры оболочек имитаторов твэлов 130 оС (СВД) или до температуры 500 оС в среде пара и аргона с установившимся расходом (ПАРАМЕТР). Далее, повышая подводимую к модельной ТВС мощность, имитаторы твэлов нагревались с определенным темпом до температуры 620 оС (СВД), 760 ÷ 870 оС (RBHT) или 850 ÷ 1200 оС (ПАРАМЕТР) в самом горячем сечении.



а)



б)


Рис. 2. Моделирование повторного залива: а) 49 стержневой модельной ТВС PWR, RBHT; б) сверху 19 стержневой модельной ТВС ВВЭР, ПАРАМЕТР
В экспериментах, проводимых на стенде ПАРАМЕТР, на данном этапе происходили раздутие и разгерметизация оболочек, фиксируемые по резкому спаду давления гелия внутри оболочки индивидуальным датчиком давления. В условиях моделирования максимальной проектной и запроектной аварий на стенде ПАРАМЕТР ТВС ВВЭР и PWR выдерживались при температуре 850 ÷ 1200 оС в течение заданного времени для образования оксидного слоя на оболочках.

При моделировании повторного залива при МПА на стенде СВД охлаждающая вода подавалась к ТВС с одновременным снижением подводимой мощности к имитаторам твэлов, согласно закону спада остаточного тепловыделения в реакторе ВВЭР-1000. В экспериментах, проводимых на стенде RBHT, залив модельной ТВС PWR снизу осуществлялся при постоянном во времени энерговыделении. Эксперимент на стенде ПАРАМЕТР завершался расхолаживанием ТВС водой, подаваемой снизу с номинальным расходом 4÷5 г/(с·твэл) или сверху с расходом 2 г/(с·твэл) при моделировании остаточного тепловыделения или без него.

Параметры сценариев этих экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры сценариев экспериментов по исследованию повторного залива


Стенд

Режимный параметр



RBHT

СВД

ПАРАМЕТР

Расход охлаждающей воды, г/(с∙твэл)

2,5 ÷15

4.3

2÷5

Недогрев до температуры насыщения на входе, оС

11 ÷ 83

70 ÷ 80

110 ÷ 125

Электрическая мощность при заливе, кВт/(м∙твэл)

0,7 ÷ 2,3

0,62 ÷ 1,65

0 ÷ 0,3

Максимальная температура оболочек твэлов до залива, оС

1030 -1150

700

850 ÷ 1450

Давление среды в сборке, МПа

0,14 ÷ 0,42

0,27 ÷ 0,29

до 0,35



Обобщение данных по скорости фронта смачивания модельных ТВС

При заполнении межтвэльного пространства водой модельная ТВС охлаждается и характеристикой, позволяющей описать динамику понижения температуры имитаторов твэлов, является скорость фронта смачивания оболочек по длине сборки, равная:



≤1,

(1)

где - скорость фронта смачивания разогретой модельной ТВС, - скорость фронта воды, движущейся по холодной сборке (адиабатные условия).

Обобщающую зависимость по скорости фронта смачивания получим на основе баланса тепла, запасенного в элементах конструкции ТВС до этапа повторного залива, подведенного в процессе подачи охлаждающей жидкости и отведенного при расхолаживании.

Введем безразмерный параметр Ja*, равный отношению подведенного и отведенного тепла, и запишем его в виде двух составляющих:

.

(2)

Первая составляющая равна отношению тепла, запасенного в элементах конструкции ТВС до стадии повторного залива, к теплу, пошедшему на парообразование в процессе залива:

,

(3)

где - тепло, накопленное в имитаторах твэлов до стадии повторного залива, Дж; - теплота парообразования, Дж/кг; - время заполнения модельной ТВС водой в адиабатных условиях, сек. Выражение (3) преобразуется к виду:

,

(4)

где - среднемассовая плотность имитатора твэла, кг/м3; - площадь твэла, рассчитанная по наружному диаметру оболочки, м2; - среднемассовая изобарная теплоемкость имитатора твэла, Дж/(кг·К); Tmax – максимальная температура оболочки твэла до стадии повторного залива, оС; Ts – температура насыщения жидкости, оС.

Вторая составляющая в выражении (3) равна отношению тепла, подводимого в процессе повторного залива за счет энерговыделения, моделирующего остаточное тепловыделение, к теплу, отведенному в процессе подачи жидкости:



,

(5)

где Nэл - мощность джоулева разогрева модельной ТВС, Вт; фр- время заполнения водой межтвэльного пространства модельной тепловыделяющей сборки в горячем состоянии.

Для учета влияния недогрева жидкости (Ts = Ts - Tвх) на температуру начала смачивания оболочки (Т0) и на время охлаждения сборки, введем безразмерный параметр:



,

(6)

где - температура жидкости на входе в модельную ТВС, оС. Данный параметр косвенно учитывает влияние изменения давления на скорость фронта смачивания.

Обобщающая зависимость для относительной скорости фронта смачивания модельной ТВС получена в следующем виде:



,

(7)

где Re=(u)dг/ж, Remax=(u)maxdг/ж - числа Рейнольдса, определяемые по заданным и максимальным параметрам жидкости во входном сечении модельной ТВС соответственно, (u)max = 160 кг/(м2∙с); A = 2,135, m = 0,85, n = 0,571 - коэффициенты, определенные методами регрессионного анализа.

Рис. 3. Относительная скорость фронта смачивания при различных недогревах воды

на входе в модельную ТВС. Сплошные линии – расчет и зависимость (7)
Зависимость (7) описывает экспериментальные данные для различных конструкций имитаторов твэлов и учитывает влияние максимальной температуры оболочек Tmax, наличие остаточного тепловыделения, расхода и недогрева охлаждающей воды (рис. 3). Обнаружено, что опытные данные разделяются на две группы: при больших (w = 47-160 кг/(м2∙с)) и малых (w ≤ 30 кг/(м2∙с)) массовых скоростях воды. Первая группа соответствует расходам жидкости Gв = 4,2 – 15 г/(с∙твэл)), вторая - 2,5 г/(с∙твэл).

В предложенную зависимость (7) входит температура прекращения пленочного кипения Т0, существенно зависящая от состояния поверхности оболочки, тепловой инерционности имитатора твэла, режима испытаний и изменяется в экспериментах от 280 оС до 530 оС. На основании анализа опытных данных предложено эмпирическое соотношение, связывающее максимальную температуру оболочки и температуру прекращения пленочного кипения:



,

(8)

описывающее опытные данные с отклонением до 30%.

Чтобы воспользоваться зависимостью (7) для определения скорости фронта смачивания, расчет проводится итерационно. В качестве первого приближения величина выбиралась равной 0,5. Установлено, что трех итераций достаточно для достижения сходимости при определении скорости фронта смачивания модельной ТВС, равной 0,1%.

Зависимость (7) позволяет получить важное для практики соотношение, связывающее длительность расхолаживания и скорость смачивания модельной ТВС:

.

(9)

Оценка длительности расхолаживания модельных ТВС ВВЭР и PWR

На рис. 4. представлено сопоставление результатов расчета и опытных данных по положению фронта смачивания модельных тепловыделяющих сборок от времени (zфр()) в рассмотренном диапазоне режимных параметров. Для определения скорости фронта смачивания модельной ТВС и сопоставления опытных и расчетных данных по значениям zфр() температура прекращения пленочного кипения определялась как средняя по сечению ТВС температура T0 в экспериментах.

При повторном заливе водой, имеющей температуру, близкую к Ts, наблюдается упорядоченное восходящее движение фронта смачивания имитаторов твэлов. Некоторое различие по времени возникновения резкого спада температур оболочек в верхних сечениях модельной ТВС вызвано нагревом большого объема жидкости до температуры насыщения и изменением коэффициента теплоотдачи среды вследствие увеличения паросодержания (рис. 4а). Кроме того, дополнительно разброс опытных данных обусловлен неодинаковыми условиями расхолаживания твэлов, граничащих с необогреваемой обечайкой и расположенных в центральных рядах модельной ТВС.

При подаче большого расхода воды наблюдается преждевременное расхолаживание имитаторов твэлов в верхних сечениях модельной ТВС, вызванное, вероятно, попаданием капель на оболочки из дисперсного потока (рис. 4б). Повышение расхода охлаждающей воды в 6 раз приводит к уменьшению длительности расхолаживания модельной ТВС в 2,6 раза (рис. 4б). При этом в эксперименте с высокой массовой скоростью подаваемой жидкости удельное энерговыделение увеличено на 75%. Различие, вызванное изменением давления среды в модельной ТВС, в исследованном диапазоне не проявляется.

Зависимость безразмерной координаты фронта смачивания от времени при повторном заливе снизу модельной тепловыделяющей сборки PWR стенда ПАРАМЕТР в условиях МПА представлена на рис. 4в. В данном эксперименте запасенное тепло, приходящееся на один имитатор твэла, превышает тепло в имитаторе ТВС PWR стенда RBHT в 2,2 раза, а энерговыделение, имитирующее остаточное тепловыделение, отсутствует. Большой разброс опытных данных вызван раздутием, разгерметизацией оболочек, наблюдаемыми в сечениях сборки при zфр/L ≥0,75. Неравномерное по длине окисление и изменение шероховатости оболочек приводят к неупорядоченности смачивания модельной ТВС. Оценка длительности повторного залива модельной ТВС PWR на основе обобщающей зависимости (7) показывает, что расхождение по времени смачивания имитаторов твэлов с опытными данными составляет 32%.

Обобщающее соотношение (7) позволяет удовлетворительно описать время расхолаживания модельной ТВС для режимов, отличающихся по температурам оболочки и способу подачи воды. Длительность повторного залива 19 стержневой модельной ТВС оценена при заливе сверху (рис. 4г) в условиях моделирования ЗПА в эксперименте PARAMETER-SF3 [4]. Предварительно сборка выдерживалась в пароаргоновой среде при 1200 оС в течение 3500 сек. Это обеспечивало образование оксидного слоя на оболочках толщиной около 300 мкм. Далее жидкость подавалась к твэлам, разогретым до температуры 1600 оС. Интенсивное тепловыделение за счет пароциркониевой реакции при повторном заливе отсутствовало и в этих условиях соотношение (3) остается справедливым. Несмотря на отсутствие раздутия и разгерметизации оболочек наблюдается значительный разброс опытных данных по времени. Это вызвано частичным плавлением конструкционных элементов, растворением топливных таблеток и изменением геометрии модельной сборки. Вследствие перераспределения потока и поступлением большей части расхода воды по необогреваемой обечайке смачивание граничного ряда твэлов преимущественно происходит раньше по сравнению с центральным. Однако даже применительно к этим условиям расчет длительности расхолаживания модельной ТВС дает расхождение с опытными данными, не превышающее 20%. В целом отличие по длительности расхолаживания модельных ТВС в выходном сечении, рассчитанной по соотношению (7), от экспериментальных данных изменяется в диапазоне от 8% до 32% (см. рис. 4а-г).



а)

б)

в)

г)

ДР – дистанционирующие решетки, ql – максимальная линейная плотность теплового потока

Рис. 4. Сопоставление опытных и расчетных данных по положению фронта смачивания во времени при повторном заливе: а) снизу 49 стержневой ТВС PWR, стенд RBHT, w = 26 кг/(м2∙с), Ts = 11 оС б) снизу 49 стержневой ТВС PWR, стенд RBHT, w = 152 кг/(м2∙с), Ts = 108 оС, в) снизу 25 стержневой ТВС PWR, стенд ПАРАМЕТР, w = 35 кг/(м2∙с), Ts = 108 оС, г) сверху 19 стержневой ТВС ВВЭР, стенд ПАРАМЕТР, w = 18 кг/(м2∙с), Ts = 85-125 оС


следующая страница >>



Никогда не приписывай человеческой зловредности того, что можно объяснить глупостью. «Бритва Ханлона»
ещё >>