О важности принципа разнообразия в экспертных расчетах Ложкин С.Н. НТЦ ЯРБ, г. Москва 29.05 – 01.06. 2007 г. - презентация

1 О важности принципа разнообразия в экспертных расчетах Ложкин С.Н. НТЦ ЯРБ, г. Москва – г.

2 Принцип разнообразия - это принцип повышения надежности путем применения различных средств и/или аналогичных средств, основанных на разных принципах действия, для осуществления заданной функции.

3 Суть принципа разнообразия в расчетном обосновании безопасности ОИАЭ состоит в совместном проведения расчетов по ПС, использующим разные феноменологические закономерности для моделирования одних и те же физических процессов, и последующем сравнения между собой результатов таких расчетов.

4 При отсутствии экспериментальных данных это единственный способ проверить на независимой феноменологической основе качество расчетного обоснования безопасности ОИАЭ. При этом близость результатов друг другу свидетельствует о физической корректности расчетов; большие же расхождения – о наличии ошибки в каком-либо из них.

5 АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПРИЕМУ ТАРИРОВКИ СПОСОБ ЗАМЫКАНИЯ МОДЕЛЕЙ Это способ вычисления детерминистических значений поправочных коэффициентов в моделях по критерию завершения самоорганизации равновесия в системе «тело - внешняя среда» – максимуму локального эффекта противодействия интегральному эффекту перехода к равновесию.

6 Примеры самоорганизации равновесия в системе «поток - внешняя среда» : 1. Опыты О. Рейнольдса в круглых трубах; 2.Кинематический эффект безнапорного потока.

7 ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ПЛАНОВОЙ ЭПЮРЫ СКОРОСТЕЙ ρ g h r i - τ 0 r 0 + d (τ φ h )/ d φ = 0 τ 0 = λρ u 2 / 2 τ φ = α ρ (ν r / 2u) d(u 2 )/ (r d φ) ν r = 0,048 h u λ 3,6 lg ( u h / ν ) - 2,0 1/ λ = { 4 lg (h / Δ ) + 3,48 τ0τ0 τφτφ h

8 УРАВНЕНИЕ ПЛАНОВОЙ ЭПЮРЫ СКОРОСТЕЙ d 2 (u 2 )/d φ 2 + P(φ) d(u 2 )/d φ + Q(α, φ) u 2 = F(α, φ) Где: P(φ) = (2/ h) d h/ d φ + (1/2λ) d λ/ d φ - (1/ r) d r/ d φ ; Q(α, φ) = - (r 0 r λ )/ (α 0,048 h 2 ) ; F(α, φ) = - (r 2 g i)/ (α 0,024 h λ) ; r = r 0 + h/ 2 ; r 0 - радиус кривизны смоченной поверхности;

9 ДЕТЕРМИНИСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАМЫКАНИЯ УРАВНЕНИЯ ПЛАНОВОЙ ЭПЮРЫ СКОРОСТЕЙ При α = 0 находим: u( α =0, φ), V( α =0); По условию u( α =0, φ) V( α =0) фиксируем фрагменты типа «П» и вычисляем Q п ( α =0) – локальный расход Увеличиваем α на α 0 = ν /(0,068 h ср (g h cp i)) Если Q п ( α i+1) > Q п ( α i) - увеличиваем α на α 0 Если Q п ( α i+1) Q п ( α i) - решение получено

10 Плановые эпюры скорост ей при I = 0.003, шероховатостях русла Δр = 0.05 см и поймы Δп = 0.56 см (размеры в см ): 1 – результат измерений И.П. Спицына; 2– детерминистический расчет; 3 – без учета поперечного турбулентного обмена.

11 Плановые эпюры скоростей (размеры в метрах) при I= для двух вариантов : а) Δр = м, Δп = 1.12 м; б) Δр = 1.12 м, Δп = 0.025м; о – опытные данные [Nicollet G., Uan M.]; 1, 2 –детерминистический расчет; 1 /, 2 / - без учета поперечного турбулентного обмена.

12 Напряжения трения (1, 2, 4) и плановая эпюра скорости (3, 5) на стенке канала из трех плотно упакованных стержней: 1 – расчет Булеева Н.И., Мировича Р.Я. 2,3 – детерминистический расчет ; 4, 5 – опытные данные при Re = [Левченко Ю.Д., Субботин В.И., Ушаков П.А.]

13 Профили напряжения трения на стенке канала треугольной упаковки раздвинутых стержн ей (кривые – детерминистический расчет, точки – эксперимент при Re=(1.5 – 11.5)10 4 ) 1– S/d = 1.05; 2 - S/d= 1.1; 3 - S/d = 1.2;

14 Профили напряжения трения на гладкой стенке квадратного канала

15 Замена коэффициентов теплоотдачи на коэффициенты турбулентной теплопроводности В "ППР_ПТ_01" принято допущение о равенстве турбулентного числа Прандтля единице. В результате коэффициенты турбулентной теплопроводности определяются по известным значениям коэффициентов турбулентной вязкости (вычисленным детерминистическим способом!) В ПС поканального расчета ТВС используются эмпирические зависимости для коэффициентов теплоотдачи

16 УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КООРДИНАТАХ (ρ С T)/ t + u (ρ С T)/ z = (λz T/ z)/ z +(λφ T/ rφ)/ rφ+(λr T/ r)/ r + (λr /r) T/ r + q Здесь: t - время; С- теплоемкость; ρ- плотность; u- скорость; q- плотность тепловой мощности внутренних источников; λz, λφ, λr - коэффициенты теплопроводности по направлению координатных осей: z, φ, r.

17 Сопоставление альтернативного расчета температуры с результатами измерений в АЗ ПСБ ВВЭР при мощности 1,13 МВт: температуры теплоносителя согласуются с учетом заявленной погрешности измерения 4 0 С; температуры внутренней оболочки имитаторов твэл всюду ниже показаний термопар (при погрешности измерения 7,5 0 С). Z, мм Т, 0 С Тр,0СТр,0С

18 Сопоставление альтернативного расчета температуры с измерениями на 7-ми стержневом стенде ОКБ ГП погрешность измерения температуры внутренней поверхности оболочки центрального твэла 5 0 С. NТвх, 0 С Р Вых, МПа ρW, Кг/ (м 2 с) Q КВт/ м 2 Т 0 С опыт Т1 0 С внутр. Т2 0 С серед. Т3 0 С внеш , ,

19 Температуры наружной оболочки твэла и теплоносителя в ДК 1-1Р (АЭС «Райнсберг», Германия; режим VII-08): погрешность измерения температуры наружной оболочки не известна; температуры теплоносителя согласуются с учетом заявленной погрешности измерения 2 0 С. Z,мм N/N 0 0,1971,3681,4501,0500,9150,042 Т0, 0 С 301,9301,4 Т0р, 0 С 248,5260,7266,1293,9296,9303,3 Т1,0СТ1,0С 246,4256,4261,2293,9294,5300,6 Т1р, 0 С 246,4258,6263,8292,2295,5303,1

20 Вывод : Приемлемая для практики точность расчета температуры в АЗ РУ по альтернативной методике создает основу для внедрения принципа разнообразия в процедуру оценки качества расчетов, выполненных в обоснование безопасности ОИАЭ.

21 Схема размещения ТВС в АЗ РУ БРЕСТ-ОД-300

22 Схемы поперечного сечения ТВС типа А31 и расчетной ячейки типа «Т_1»

23 Схема поперечного сечения ТВС типа А32 и А33

24 Расчет ы течения свинцового теплоносителя в АЗ РУ БРЕСТ-ОД-300 при номинальном расходе 39,6Е+3 кг/c Наименование параметра проектрасчет 1 Гидравлический диаметр, мм Центральная часть зоны; Промежуточная часть зоны; Периферийная часть зоны Число Рейнольдса: Центральная часть зоны; Промежуточная часть зоны; Периферийная часть зоны. 1.45Е Е Е Е Е Е+5 3 Минимальная/Средняя/ Максимальная скорости, м/с Центральная часть зоны; Промежуточная часть зоны; Периферийная часть зоны / … / / … / / … / /1.79/ /1.70/ /1.57/1.8 4 Гидравлические потери на твэльном участке, длиной 1 м; КПа

25 1. Различия в строке 3 объясняются тем, что проектные ПС рассчитывают только среднюю скорость теплоносителя в каналах ТВС. В альтернативном же ПС средняя скорость вычисляется интегрированием плановой эпюры скоростей по угловой координате. 2. Различие в строке 4 связано с тем, что в проектном расчете полное гидравлическое сопротивление АЗ вычисляется суммированием сопротивлений решеток (без твэлов) и сопротивлений твэлов (без решеток). В альтернативном же расчете учитывается влияние решетки на структуру потока на участке между решетками заданием «эквивалентной шероховатости стенки».

26 Проверка теплотехнической надежности твэлов в АЗ РУ БРЕСТ-ОД-300 показала: 1. Теплотехническая надежность твэлов в ТВС А31 гарантированно обеспечивается; 2. Теплотехническая надежность твэлов в ТВС А32 и ТВС А33 не обеспечивается, ибо из-за малой величины зазора между вытеснителем и ближайшим к нему твэлом, равной 0,9 мм в ТВС А32 и 0,55 мм в ТВС А33, поверхность твэла на стороне, обращенной к вытеснителю, охлаждается не достаточно интенсивно ( перепады температур ы по периметру наружной оболочки этих твэл ов превы сили предельно допустимое значение, равное 35 0 С ).

27 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1.Р езультаты совместного рассмотрения альтернативного (поверочного) и проектного расчетов позволили выявить « слабости » (неконсерватизм) в методике, примененной разработчиками РУ БРЕСТ-ОД-300 для расчета гидравлических потерь в АЗ РУ и перекосов температуры на наружной поверхности твэлов (даже в отсутствии представительных экспериментальных данных).

28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2. Разработанное в НТЦ ЯРБ альтернативное ПС « ППР_ПТ_01 » не заменяет собой ПС поканального теплогидравлического расчета ТВС реакторов, но, в соответствии с принципом разнообразия, позволяет на независимой феноменологической основе, т.е. объективно, проверить качество расчетов, выполненных в обоснование безопасности ОИАЭ; и именно в этом состоит его основное назначение.