Высокая температура оболочки

Расчетный анализ влияния раздутия
оболочек твэлов на их максимальную
температуру в авариях с потерей
теплоносителя
А.Н.Чуркин, В.П.Семишкин, В.А.Мохов,
Е.А.Фризен, П.В.Ягов
Докладчик:
Чуркин А.Н.
Причины раздутия оболочек твэлов
• Избыточное давление под оболочкой
(при LB LOCA P > 2 МПа)
• Высокая температура оболочки
(при LB LOCA T > 750 °C)
P, МПа
T, °C
16
1200
12
800
8
400
4
0
t, c
0
200
400
600
800
1000
0
t, c
0
200
400
600
800
1000
2
Предполагаемое влияние раздутия
• Изменение условий теплопередачи внутри
твэла:
 увеличивается газовый зазор между топливом и
оболочкой (при неизменной геометрии топливного
столба)
• Изменение условий теплоотдачи снаружи
твэла:
 уменьшение суммарного расхода т/н через ТВС
(из-за блокировки проходного сечения ТВС и
увеличения ее КГС)
 уменьшение расхода т/н в элементарных
каналах вблизи области с раздутием
3
Уменьшение расхода т/н в элементарных
каналах вблизи области с раздутием
Уменьшенный расход
наблюдается за 3 Dг до
раздутия и на протяжении 50
Dг после.
ДР
ρw/ρwвх
1 ,0 2
При этом:
• увеличивается подогрев т/н
участок с раздутием
оболочки твэла
• может увеличиться скорость
т/н из-за уменьшения
проходного сечения
(«jetting» эффект)
0 ,9 5
0 ,8 8
Распределение
относительной
массовой скорости
т/н во фрагменте
ТВС
4
w
w вх
1,8
Область с раздутием
ДР
Эксперимент [4]
Расчет: COBRA-IV [4]
1,4
Расчет: ТЕМПА-1Ф [3]
1
0,6
0
0,5
1
1,5
2
2,5
l, м
Распределение по высоте продольной скорости т/н в
элементарном канале ТВС PWR c раздувшимися твэлами
5
Результаты расчетного анализа
По программе ТЕМПА-1Ф проведены расчеты
условий охлаждения твэлов ВВЭР-1000 при:
• моделировании проектной аварии с большой
течью т/н первого контура на стенде
ПАРАМЕТР
• повторном разогреве активной зоны в
запроектной аварии с гильотинным разрывом
главного циркуляционного трубопровода и
отказом активной части САОЗ
ТЕМПА-1Ф + ТВЭЛ-3
• постоянной геометрии пучка твэлов с
заданным локальным раздутием одного твэла и
при стационарном охлаждении паром
6
Стационарное охлаждении паром при
постоянной геометрии пучка твэлов
T / T0
1,016
Δr/r = 0,088 (Re = 725)
Δr/r = 0,088 (Re = 10000)
Δr/r = 0,198 (Re = 725)
Δr/r = 0,198 (Re = 10000)
1,012
Re = 725
1,008
1,004
1,000
ДР
ДР
Область с раздутием
0,996
l, м
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Распределение относительной температуры оболочки
твэла с раздутием
7
Условия экспериментов на стенде
ПАРАМЕТР
T, ° C
1200
с раздутием оболочки
без раздутия оболочки
1000
«горячий» твэл
800
600
«холодный» твэл
400
0
100
200
300
t, c
Изменение во времени температуры оболочек твэлов
(скорость нагрева 2-3 °С/с)
8
Условия экспериментов на стенде
ПАРАМЕТР
T, Ñ
T, oC
î
1000
сÑраздутием
оболочки
ä åô î ðì àöè åé
î á î ëî ÷êè
без
Áåç раздутия
ä åô î ðì àöèоболочки
è î áî ëî ÷êè
600
Прекращение нагрева
Разгерметизация твэла
(завершение раздутия)
800
400
t, сt, ñ
0
50
10
100
20
150
30
200
40
Изменение во времени температуры твэла
(скорость нагрева 15-20 °С/с)
9
Условия ЗПА
T, °C
1200
разгерметизация
твэла
1000
«горячий»
твэл
разгерметизация
твэла
800
«холодный»
твэл
600
ñс äåô
î ðì àöèåé
раздутием
áåç
î ðì àöèè
без äåô
раздутия
400
t, c
0
100
200
300
Изменение во времени температуры оболочки твэла
10
Сравнение результатов расчета по
программам ТЕМПА-1Ф и КАНАЛ-97
T, °C
1000
КАНАЛ-97
ТЕМПА-1Ф
600
Разгерметизация твэла
(ТЕМПА-1Ф)
Разгерметизация твэла
(КАНАЛ-97)
800
400
t, c
0
40
80
120
Изменение во времени температуры оболочки твэла
11
Сравнение результатов расчета по
программам ТЕМПА-1Ф и КАНАЛ-97
r
r0
0.3
КАНАЛ-97
ТЕМПА-1Ф
0.2
0.1
0
t, c
0
40
80
120
Изменение во времени относительной деформации
оболочки твэла
12
Выводы
• Раздутие оболочек твэлов оказывает влияние на
их максимальную температуру
• Детальное моделирование тепломассопереноса в
ТВС и термомеханики твэла позволит при
анализах
аварии
менее
консервативно
определять значения таких параметров, как:
максимальная температура оболочки твэла
максимальная глубина окисления оболочки
количество окисленного циркония
количество разгерметизировавшихся твэлов
13
Спасибо за внимание
14
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Семишкин В.П. Расчетно-экспериментальные методы обоснования поведения твэлов и
ТВС ВВЭР в аварийных режимах с большой течью из первого контура: Автореф. дис. …
докт. тех. наук. – ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, 2007. – 48 с.
Turbulent flow in a model nuclear fuel rod bundle containing partial flow blockages / J.M.
Creer, J.M. Bates, A.M. Sutey, D.S. Rowe // Nuclear Engineering and Design. – 1979. – V.52. –
P. 51 – 63.
Верификация программы ТЕМПА-1Ф: расчет экспериментов с блокировкой проходного
сечения пучка твэлов / А.Н.Чуркин, В.А.Мохов, П.В.Ягов // Научно-технический сборник
«Вопросы атомной науки и техники». – Серия: «Обеспечение безопасности АЭС». –
Подольск. – 2006. – Вып. 13. – С. 71 – 79.
Ang M.L., Aytekin A., Fox A.H. Analysis of flow distribution in a PWR fuel rod bundle model
containing a blockage - Part 1. A 61% coplanar blockage // Nuclear Engineering and Design. –
1988. – V.108. – P. 275 – 294.
Чуркин А.Н. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в пучках
тепловыделяющих стержней: Автореф. дис. … канд. тех. наук. – ОКБ «ГИДРОПРЕСС»,
Подольск, 2006. – 23 с.
Стендовое моделирование стадий проектной аварии с потерей теплоносителя реакторной
установки с ВВЭР / В.И. Наливаев, И.И. Федик, Ю.Г. Драгунов и др. // Атомная энергия. –
2004. – Т.96. – Вып.4. – С. 247 – 255.
Прочность основного оборудования и трубопроводов реакторных установок ВВЭР / Н.В.
Шарый, В.П. Семишкин, В.А. Пиминов, Ю.Г. Драгунов. – М: ИздАТ, 2004. – 496 с.
Экспериментальное обоснование теплогидравлической надежности реакторов ВВЭР /
С.А. Логвинов, Ю.А. Безруков, Ю.Г. Драгунов. – М.:ИКЦ «Академкнига», 2004
15
w
w âõ
1,8
Область с раздутием
Ýêñï åðèì åí ò
(èçì åðåí èÿ)
Ýêñï åðèì åí ò
(ñðåäí ÿÿ ñêî ðî ñòü)
COBRA-IV
ÒÅÌ Ï À-1Ô
ДР
1,4
1
0,6
0
0,5
1
1,5
2
2,5
l, ì
Распределение скорости по высоте канала
№24 (блокировка канала 31 %)
16