1 РОЛЬ МОДЕЛИ ГАЗОВОГО ЗАЗОРА ТВЭЛА В СОПРЯЖЕННЫХ НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ И ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ ДИНАМИКИ ВВЭР В.Г.Артемов, Ю.А.Мигров, В.И.Гусев, В.Г.Коротаев, А.П.Егоров, О.В.Кувшинова, Л.М.Артемова 5-я Международная научно-техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР" 29 мая – 1 июня 2007 г., Подольск НИТИ им. А.П.Александрова

2 Стационарные состояния действующих реакторов Удовлетворительное согласование результатов расчета с экспериментом и реперными программами Динамические станционные режимы Заметное систематическое рассогласование результатов расчета и экспериментальных данных по уровням интегральной мощности реактора Первоначальный вывод – занижение в расчете эффективности органов регулирования СУЗ НИТИ им. А.П.Александрова Верификация 3D-модели кинетики РК КОРСАР

3 Основные параметры обратной связи в реакторах типа ВВЭР Плотность теплоносителя Концентрация бора Температура топлива – наибольшая неопределенность Fuel Gas gap Cladding Изменение температуры по радиусу твэла (расчет) НИТИ им. А.П.Александрова Совместный НФ/ТГ расчет

4 НФ/ТГ расчет "Раздельный" подход НФ расчет (стационарный) Слабая зависимость результатов относительного распределения мощности от уровня модели твэла Температура топлива – функция энергонапряженности Результат для ТГ расчета – коэффициенты реактивности активной зоны как функции усредненных ТГ параметров НИТИ им. А.П.Александрова ТГ расчет (динамический) 0D-модель нейтронной кинетики Температура топлива – важнейший параметр безопасности: улучшенная модель твэла По результатам верификации – корректировка коэффициентов реактивности и/или способа усреднения ТГ параметров

5 ТГ расчет (динамический) 3D-модель нейтронной кинетики Температура топлива – модель твэла Коэффициенты реактивности – результат расчета: отсутствие возможности их корректировки Возможность влияния на результаты расчета – совершенствование модели твэла НФ расчет (стационарный) Температура топлива – модель твэла Результат для ТГ расчета – характеристики размножающей среды активной зоны как функции локальных ТГ параметров, распределение выгорания топлива и концентраций I, Xe, Sm, Pm НФ/ТГ расчет "Сопряженный" подход НИТИ им. А.П.Александрова

6 Версия В1 Зависимость теплопроводности топлива, газового зазора и оболочки от температуры Зависимость удельной объемной теплоемкости топлива, газового зазора и оболочки от температуры Версия В2 = В1 + модель термомеханики твэла (ТМТ) Изменение внешнего диаметра топливной таблетки при изменении температуры и выгорания топлива Изменение геометрических размеров оболочки в результате температурных, упругих и пластических деформаций Изменение объема, давления и температуры газовой смеси Зависимость теплопроводности газовой смеси внутри твэла от ее компонентного состава и температуры Зависимость теплопередачи от топливного сердечника к оболочке от шероховатости их поверхностей Теплопередача от топливного сердечника к оболочке за счет лучистого теплообмена и возможного контакта между ними Критерии разрушения оболочки различного типа НИТИ им. А.П.Александрова Явления, учитываемые моделью твэла РК КОРСАР

7 НИТИ им. А.П.Александрова Модель ТМТ. Объем верификации РК КОРСАР Тесты / экспериментыЧисло Тесты по расчету напряженно-деформированного состояния (НДС) оболочки твэла в сопоставлении с программой ANSYS 4 Эксперименты РНЦ КИ / НИИАР по нагружению облученных / необлученных трубчатых образцов dP/dt = 0.01…1.1 МПа/с, Т = 973…1473 К 13 / 23 Эксперименты ОКБ ГП с оболочками твэлов ВВЭР P = 2…12 МПа, Т = 962…1282 К 33 Эксперименты на установке МАРТ (РНЦ КИ) с оболочками твэлов ВВЭР из сплава Э110 P = 0.9…3.87 МПа, dТ/dt = 19…35 К/с 15 Экспериментальные режимы по разогреву в аргоновой среде и последующему заливу имитаторов твэлов на стенде ПАРАМЕТР 5

8 НИТИ им. А.П.Александрова Модель ТМТ. Пример результатов верификации РК КОРСАР Перепад давления при разрыве, МПа Окружная деформация при разрыве, % расчет эксперимент Эксперименты РНЦ КИ / НИИАР. dP/dt = 0.009…0.011 МПа/с

9 Исследование влияние модели твэла на результаты расчета динамики ВВЭР Тест "Холодная волна" Тест "Самоход стержня СУЗ" Тестовые задачи Станционные режимы Козлодуй-6Отключение 2-х ГЦНD = 7.53 / 7.57 мм Волгодонск-1Отключение ТЦНD = 7.57 мм НИТИ им. А.П.Александрова РК КОРСАР

10 НИТИ им. А.П.Александрова Загрузка Выгорание Тепловая мощность Давление на выходе из а.з. Температура на входе в а.з. Расход через реактор Концентрация борной кислоты Положение 10-й группы СУЗ Модель ТМТ - Козлодуй эфф.сут МВт МПа о С кг/с г/кг см от низа а.з. - включена Исходное состояние Описание режима В начальный момент времени температура теплоносителя на входе в а.з. снижается за время 0.1 с на 5 о С. В одном из вариантов расчета модель ТМТ отключается РК КОРСАР Тест "Холодная волна"

11 Тест "Холодная волна" Толщина газового зазора Теплопроводность зазора Нейтронная мощность а.з.Средняя температура топлива НИТИ им. А.П.Александрова + ТМТ ТМТ Результаты расчета РК КОРСАР

12 Тест "Самоход стержня СУЗ" Максимальная температура топлива Изменение средней температуры топлива НИТИ им. А.П.Александрова + ТМТ ТМТ Средняя температура топливаНейтронная мощность а.з. РК КОРСАР Результаты расчета

13 Козлодуй-6. Отключение 2-х ГЦН Максимальная температура топлива НИТИ им. А.П.Александрова Средняя температура топливаНейтронная мощность а.з. + ТМТ ТМТ D = 7.53 mm + ТМТ D = 7.57 mm РК КОРСАР Результаты расчета

14 Волгодонск-1. Отключение ТПН Максимальная температура топлива НИТИ им. А.П.Александрова Средняя температура топливаНейтронная мощность а.з. + ТМТ ТМТ D = 7.57 mm Эксперимент РК КОРСАР Результаты расчета

15 Выводы При проведении сопряженных пространственных НФ/ТГ расчетов ВВЭР отсутствие в модели газового зазора твэла учета основных явлений, влияющих на его эффективную теплопроводность, приводит к искажению рассчитываемых характеристик реакторов В расчетах динамических режимов на установках с реакторами типа ВВЭР учет термического расширения материала топлива увеличивает результирующий отклик нейтронной мощности на изменения реактивности Использование твэлов с увеличенным размером топливного сердечника при одинаковых уровнях мощности обеспечивает более низкий уровень температур топлива и, вместе с тем, приводит к бóльшим результирующим изменениям нейтронной мощности в режимах с изменением реактивности НИТИ им. А.П.Александрова