Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Анализ расчетных исследований теплогидравлической и нейтронно теплогидравлической устойчивости реакторов с водой сверхкритического давления

23.09.2021 2021 - №03 Физика и техника ядерных реакторов

А.М. Суджян В.И. Деев В.С. Харитонов

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.3.03

УДК: 621.039.51

Представлен обзор современных исследований возможного типа неустойчивостей течения теплоносителя в активной зоне реактора, охлаждаемого водой сверхкритических параметров. Возникающие неустойчивости оказывают негативное воздействие на безопасность эксплуатации ядерных энергетических установок. Несмотря на внушительное количество расчетных работ, посвященных данной тематике, остаются до сих пор нерешенные проблемы. Основные недостатки моделей связаны с использованием одного моделируемого канала вместо системы двух и более параллельных каналов, отсутствием учета нейтронно-физических обратных связей, а также проблемой выбора расчетных соотношений для коэффициента теплоотдачи и коэффициента гидравлического сопротивления в условиях потока воды сверхкритического давления. Исходя из этого, было принято решение провести анализ, позволяющий выделить указанные проблемы и на их основании сформулировать общие требования к модели ядерного реактора с легководным теплоносителем сверхкритического давления. Рассмотрены особенности устойчивости течения теплоносителя в активной зоне ядерных реакторов, охлаждаемых водой сверхкритического давления. Отмечена важность дальнейшего проведения расчетных работ с использованием комплексных моделей нейтронно-теплогидравлической устойчивости, построенных на основе современных достижений в области нейтронной физики и теплофизики.

Ссылки

  1. Bergles A.E. Review of instabilities in two-phase systems. // Two-Phase Flows and Heat Transfer. – 1977. – Vol. 1. – PP. 383-422.
  2. Ядигароглу Г. Неустойчивость двухфазного потока и распространение возмущений. / В книге Делайе Дж., Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике. Пер. с англ. под ред. д. т. н. П. Л. Кириллова. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – Гл. 17. – С. 271-307.
  3. Ambrosini W. On the analogies in the dynamic behaviour of heated channels with boiling and supercritical fluids. // Nuclear Engineering and Design. – 2007. – Vol. 237. – PP. 1164-1174. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2007.01.006 .
  4. Ambrosini W., Sharabi M. Dimensionless parameters in stability analysis of heated channels with fluids at supercritical pressures. // Nuclear Engineering and Design. – 2008. – Vol. 238. – PP. 1917-1929. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2007.09.008 .
  5. Ambrosini W., Bilbao y Leon S., Yamada K. Results of the IAEA benchmark exercise on flow stability in heated channels with supercritical fluids. // The V-th International Symposium on Supercritical Water-Cooled Reactors (ISSCWR-5). March 13-16, 2011. – Vancouver, Canada. – P. 115.
  6. Saha P., Zuber N. An analytical study of the thermally induced two-phase flow instabilities including the effect of thermal non-equilibrium. // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1978. – Vol. 21. – PP. 415-426. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(78)90075-3 .
  7. Gomez T.O., Class A., Lahey R.T., Schulenberg T. Stability analysis of a uniformly heated channel with supercritical water. // Nuclear Engineering and Design. – 2008. – Vol. 238. – PP. 1930-1939. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2007.10.031 .
  8. Zhao J., Saha P., Kazimi M.S. Hot-channel stability of supercritical water-cooled reactors-II: Effect of water rod heating and comparison with BWR stability. // Nuclea-Technology. – 2007. – Vol. 158. – PP. 174-190. DOI: https://doi.org/10.13182/NT07-A3834 .
  9. Yi T.T., Koshizuka S., Oka Y. A linear stability analysis of supercritical water reactors, (I) Thermal-hydraulic stability. // Journal of Nuclear Science and Technology. – 2004. – Vol. 41. – PP. 1166-1175. DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.2004.9726345 .
  10. Liu P., Hou D., Lin M., Kuang B., Yang Y. Stability analysis of parallel-channel systems under supercritical pressure with heat exchanging. // Annals of Nuclear Energy. – 2014. – Vol. 69. – PP. 267-277. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.02.021 .
  11. Hou D., Lin M., Liu P., Yang Y. Stability analysis of parallel-channel systems with forced flows under supercritical pressure. // Annals of Nuclear Energy. – 2011. – Vol. 38. – PP. 2386-2396. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.07.021 .
  12. Xiong T., Yan X., Huang S., Yu J., Huang Y. Modeling and analysis of supercritical flow instability in parallel channels. // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2013. – Vol. 57. – PP. 549-557. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.08.046 .
  13. Tian X., Tian W., Zhu D., Qiu S., Su G., Xia B. Flow instability analysis of supercritical water-cooled reactor CSR1000 based on frequency domain. // Annals of Nuclear Energy. – 2012. – Vol. 49. – PP. 70-80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2012.06.023 .
  14. Ягов П.В., Чуркин А.Н., Мохова О.В. Анализ теплогидродинамической устойчивости течения теплоносителя и неравномерности подогревов в тепловыделяющих сборках ВВЭР-СКД. // ВАНТ. Серия: «Обеспечение безопасности АЭС». – 2011. – Вып. 29. – С. 82-91.
  15. Чистов А.С., Савихин О.Г., Овчинников В.Ф., Николаев М.Я. Исследование устойчивости расхода теплоносителя в двухконтурной АЭС с реактором ВВЭР СКД. // Проблемы прочности и пластичности. – 2015. – Т. 77. – № 3. – С. 309-318. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2015-77-3-309-318 .
  16. Su Y., Feng J., Zhao H., Tian W., Su G., Qiu S. Theoretical study on the flow instability of supercritical water in the parallel channels. // Progress in Nuclear Energy. – 2013. – Vol. 68. – PP. 169-176. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.06.005 .
  17. Dutta G., Zhang C., Jiang J. Analysis of flow induced density wave oscillations in the CANDU supercritical water reactor. // Nuclear Engineering and Design. – 2015. – Vol. 286. – PP. 150-162. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2015.02.007 .
  18. Dutta G., Zhang C., Jiang J. Analysis of parallel channel instabilities in the CANDU super-critical water reactor. // Annals of Nuclear Energy. – 2015. – Vol. 83. – PP. 264-273. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.04.023 .
  19. Yi T.T., Koshizuka S., Oka Y. A linear stability analysis of supercritical water reactors, (II) Coupled neutronic therma-hydraulic stability. // Journal of Nuclear Science and Technology. – 2004. – Vol. 41. – PP. 1176-1186. DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.2004.9726346 .
  20. Buongiorno J., MacDonald P.E. Supercritical Water Reactor (SCWR). Progress Report for the FY-03 Generation-IV. R&D Activities for the Development of the SCWR in the U.S. // Report INEEL/EXT03-03-01210. – Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, USA. – 2003.
  21. Zhao J., Saha P., Kazimi M.S. Coupled neutronic and thermal-hydraulic out-of-phase stability of supercritical water-cooled reactors. // Nuclear Technology. – 2008. – Vol. 164. – PP. 20-33. DOI: https://doi.org/10.13182/NT08-A4005 .
  22. Cervi E., Cammi A. Stability analysis of the supercritical water reactor by means of the root locus criterion. // Nuclear Engineering and Design. – 2018. – Vol. 338. – PP. 137-157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2018.08.004 .

ядерный реактор вода сверхкритического давления неустойчивости течения расчетные модели