Разработка модели по определению температурного поля твэла в двумерной постановке задачи

24.06.2019 2019 - №02 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

В.А. Горбунов Н.Б. Иванова Н.А. Лоншаков Я.В. Белов

https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.15

На АЭС России широко используются реакторы ВВЭР. Их активная зона образована тепловыделяющими сборками, состоящими из стержневых твэлов. Топливом в твэлах является двуокись урана. Для обеспечения безопасности эксплуатации реактора введены строгие ограничения по максимальной температуре ядерного топлива. При расчете температурных полей внутри активной зоны реактора необходимо решать сопряженные задачи по определению внутреннего энерговыделения в твэле на основе нейтронно-физических характеристик. Специализированное программное обеспечение для проведения таких расчетов недоступно для значительного круга пользователей. В настоящее время широкое распространение получили численные пакеты теплофизического моделирования, открытые для учебного или некоммерческого использования: Elcut, Flow Vision, Ansys Fluent, Comsol Multiphysics. При составлении моделей с помощью этих расчетных пакетов важным вопросом становится верификация полученных результатов.

В ходе исследования получено аналитическое решение по определению температурного поля твэла. На основе этого решения составлена программа в MathCAD. В Comsol Multiphycics разработана модель по определению температурного поля твэла с постоянными теплофизическими свойствами в двумерной постановке задачи. Выполнена верификация численной модели с использованием аналитического решения. Установлено влияние количества узлов сетки на точность решения. Аналитическое решение может использоваться для определения температурного поля твэла, находящегося в любой координате по радиусу реактора. Модель определения температурных полей, составленную в MathCAD, можно использовать для верификации разработанных в специализированных пакетах численных моделей определения температурных полей твэлов .

Ссылки

1. Перимов Р.Р., Сорокин Г.А., Сорокина Т.В. Моделирование теплотехнической надежности твэла при различных вариантах изменения энерговыделения и температур // Промышленная теплотехника. – 2004. – Т. 26. – № 5. – С.150-153.
2. Колпаков Г.Н., Селиваникова О.В. Конструкции твэлов, каналов и активных зон энергетических реакторов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 118 с.
3. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.
4. Dolgov A. Effective fuel solutions using SNF reprocessing. / JSC «Tvel», International Forum «AtomExpo», Moscow, May 31, 2016.
5. Лескин С.Т., Шелегов А.С., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000: Учеб. Пособие. – М.: НИЯУМИФИ, 2011. – 116 с.
6. Гольцев А.О., Давыдова Г.Б., Давиденко В.Д. Влияние депрессии потока нейтронов в ячейке РБМК на величину максимальной и средней температуры топлива // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 314. – № 4. – С. 5-7.
7. Жуков А.В., Кузина Ю.А., Сорокин А.П. Систематизация исследований теплообмена в сборках твэлов и некоторые задачи жидкометаллического охлаждения. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2009. – № 4. – С. 95-108.
8. Батенин В.М. и др. Особенности теплообмена тяжелого жидкого металла в ядерных энергоустановках нового поколения. / Тезисы докладов XIII Международной научнопрактической конференции по атомной энергетике «Безопасность, эффективность, ресурс». – Севастополь: СевНТУ, 2017. – C.79-81.
9. Расчетные коды нового поколения. Электронный ресурс: http://www.ibrae.ac.ru/contents/68/ (дата доступа 10.06.2018).
10. Вишнякова А.Д., Гулина О.М., Сальников Н.Л. Возможность применения аппарата нейронных сетей для прогнозирования эрозионно-коррозионного износа оборудования АЭС. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2015. – № 4. – С.61–71.
11. Велесюк А., Моргунов И. CFD-коды: проблемы и перспективы в атомной энергетике. // Атомный эксперт Информационно-аналитическое издание, приложение к журналу «Атомная энергия». – 1990. – № 8. – С. 37-39.
12. Agranat V., Malin M., Pioro I., Abdullah R., Perminov V. CFD Modelling of Supercritical Water Heat Transfer in a Vertical Bare Tube Upward Flow. / Proc. of the ICONE-23, May 17-21, Chiba, Japan. – 2015. – Paper 1163. – 11 p.
13. Карташов К.В., Богословская Г.П. Проведение расчетов по оптимизации геометрических и режимных параметров ТВС реакторов ВВЭР-СКД для различных режимов эксплуатации реактора на сверхкритических параметрах воды // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2012. – № 2. – C. 3-11.
14. Ушаков П.А., Субботин В.И. Приближенные расчеты гидродинамических характеристик турбулентного потока жидкости в кольцевых каналах. // Теплофизика высоких температур. – 1972. – Т. 10. – № 5. – С. 1025-1030.
15. Логинов В.С. Приближенные методы теплового расчета активных элементов электрофизических установок. – М.: Физматлит, 2009 . – 273 с.
16. Старков В.А., Марихин Н.Ю. Методика и программа расчета стационарного температурного поля в системе многозонных цилиндрических твэлов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2013. – № 1. – С. 54-62.
17. Щербакова Т.С., Горбунов В.А. Исследование задач точности решения с граничными условиями второго рода нагрева в многоцелевом вычислительном комплексе Phoenics / Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго и ресурсосбережение, энергообеспечение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» 11-14 ноября 2008 г. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ. – 306 с. – С.174-175.
18. Горбунов В.А. Прогнозирование точности результатов при решении задач теплообме на на основе нейросетевых технологий. // Промышленная энергетика. – 2011. – № 12. – C. 48-52.
19. Горбунов В.А. Опыт использования программного комплекса в Ивановском государственном энергетическом университете им. В.И. Ленина // ANSYS Advantage (русская редакция). – 2011. – № 15. – С. 38-39.
20. Palmer L.D., Swanson L.L. Measurements of Heat Transfer Coefficients, Friction Factors and Velocity Profiles for Air Flowing Parallel to Closely Spaced Rods. / Conference of ASME, AIChE and Inst. Ch. E. on Internat. Developments in Heat Transfer. – ASME, Part 3, August 1961. – PP. 535-542.

твэл температурное поле твэла аналитическое решение математическая модель по определению температурных полей твэлов верификация численных расчетов влияние настроечных коэффициентов безопасность нагрева твэла

Ссылка для цитирования статьи: Горбунов В.А., Иванова Н.Б., Лоншаков Н.А., Белов Я.В. Разработка модели по определению температурного поля твэла в двумерной постановке задачи. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 2. – С. 174-184. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.15 .