Расчетно-экспериментальное исследование повторного залива модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР при максимальной проектной и запроектной авариях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Базюк, Сергей Сергеевич

• Базюк, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Базюк, Сергей Сергеевич

Введение. ^

Глава 1. Обзор исследований.

1.1. Экспериментальные исследования повторного залива одиночных имитаторов твэлов.

1.2. Экспериментальные исследования повторного залива модельных тепловыделяющих сборок.

1.3. Расчетные исследования характеристик повторного залива.

1.3.1. Код СОКРАТ/В.

1.3.2. КодКОРСАР/ГП.

1.3.3. Код ТРАП-97.

1.3.4. Код PARAM-TG.

1.4. Выводы.

Глава 2. Экспериментальная установка и методика исследования.

2.1. Экспериментальная установка.

-г ¿L

2.2. Методика исследования.

Глава 3. Результаты исследования скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC.

Глава 4. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по параметрам повторного залива.

Глава 5. Балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной тепловыделяющей сборки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчетно-экспериментальное исследование повторного залива модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР при максимальной проектной и запроектной авариях»

За время существования атомной энергетики произошли аварии на различных АЭС и среди них - три наиболее крупные: Три Майл Айлэнд (28.03.1979), Чернобыльская (26.05.1986), Фукусима Даи-ичи (11.03.2011) (рис. 1). Произошедшие катастрофы убеждают в необходимости проведения исследований максимальных проектных (МПА), запроектных (ЗПА) и тяжелых аварий на АЭС. Поэтому в настоящее время во всем мире, в том числе и в России, проводится более детальный анализ безопасности атомных станций на всех стадиях эксплуатации и, прежде всего, в условиях аварии ЯЭУ.

Рис. 1. Повреждения энергоблоков при авариях легководных АЭС с потерей теплоносителя: а) АЭС Три Майл Айлэнд (28.03.1979) б) Чернобыльская АЭС (26.05.1986) в) АЭС Фукусима Даичи (11.03.2011)

Знания о механизме каждой из стадий необходимы для анализа безопасности реакторной установки и поиска средств управления аварией. Исследование первой и второй стадий (рис. 2) является наиболее целесообразным, так как принимаемые меры для предотвращения дальнейшего развития аварии в этих условиях наиболее эффективны. Однако если авария перешла в запроектную стадию, необходимо, чтобы и в этих условиях методы и средства управления аварией оставались эффективными для недопущения ее перехода в тяжелую стадию. Для разработки рекомендаций по управлению аварией на всех стадиях ее протекания для проектируемых и эксплуатирующихся АЭС необходимо исследовать повторный залив тепловыделяющих сборок, близких к реальным.

2000 О о го

Q- 1200

IQ. 1000

CD С

CD

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Время, сек

Рис. 2. Температура оболочки твэла в сценариях аварии ВВЭР с потерей теплоносителя

В настоящее время исследуется повторный залив с образованием водорода в условиях моделирования проектных и запроектных аварий на одиночных имитаторах твэлов и модельных тепловыделяющих сборках (TBC) ВВЭР и PWR на стендах ПАРАМЕТР (подача охлаждающей воды снизу (НЗ), сверху (ВЗ) или комбинированным способом, ФГУП "НИИ НПО"Луч", Подольск, Россия) и Quench (подача охлаждающей воды снизу, FZKA, Карлсруе, Германия).

Однако сложные геометрия каналов и структуры нестационарного многофазного потока, высокие параметры среды обусловливают трудности моделирования и недостаточную изученность процессов тепломассообмена, возникающих при аварийном охлаждении. Имеющиеся данные по повторному заливу модельных сборок ВВЭР крайне ограничены. Отсутствуют массивы данных и обобщающие соотношения по скорости фронта смачивания (ифр) одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР из штатных конструкционных элементов- при1 заливе сверху и снизу в условиях разгерметизации и раздутия окисленных оболочек. Необходимо проводить верификацию расчетных моделей, реализованных в существующих кодах для анализа процессов разогрева и охлаждения твэлов ВВЭР при аварии с потерей теплоносителя при изменении площади проходного сечения. Необходимо разрабатывать методику оценки основных характеристик расхолаживания при повторном заливе снизу или сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР в1 условиях МПА и ЗПА. На решение вышеприведенных задач направлена настоящая работа, что обуславливает ее актуальность.

Целью работы является расчетно-экспериментальное исследование повторного залива одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР из штатных конструкционных элементов при максимальной проектной и запроектной авариях.

Научная новизна:

- впервые получены массив данных и обобщающее соотношение для скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР при заливе снизу в условиях разгерметизации и раздутия окисленных оболочек. Установлена зависимость ифр от температуры оболочки, массового расхода охлаждающей воды и подведенного тепла. Показано, что на скорость фронта смачивания влияют также раздутие и разгерметизация оболочки, окисление поверхности и возможно изменение ифр до 3 раз по длине и сечению модельной TBC. Обнаружено, что известные соотношения в исследованных условиях предсказывают скорость фронта смачивания до 2-^-3 раз больше, чем в эксперименте;

- впервые получены массив данных и обобщающее соотношение для скорости фронта смачивания модельных TBC ВВЭР из штатных конструкционных элементов с окисленными оболочками при заливе сверху. Установлена зависимость иф от температуры оболочки, массового расхода охлаждающей воды. Обнаружено, что влияние температуры оболочки на скорость фронта смачивания более существенное, чем при заливе снизу;

- обработаны температурные режимы. 20 экспериментов по повторному заливу одиночных имитаторов твэлов (113) и 23 - модельных 19-ти и 37-ми стержневых TBC ВВЭР (НЗ и ВЗ) на стенде ПАРАМЕТР: Диапазоны изменения режимных параметров в опытах: с одиночными имитаторами - максимальная температура обог лочки до залива ТС1о = 760-4190 "С, расход подачи воды залива pw = 12- 78 кг/(м2-с)^ мощность, имитирующая остаточное тепловыделение, qi = 0-4,5 кВт/м, температура воды на входе в РУ Так — 20 °С; модельными TBC ВВЭР - = 500-1160 °С (НЗ), Тст0 • 460-1490 °С (ВЗ), /л\> 13- 19,5 кг/(м2-с) (ВЗ), pw = 49-811 кг/(мт-с) (ЫЗ), Д7"„сл - 80-120 °С. Во всех экспериментах оболочки окисленные, а в ряде - раздутые и разгерметизированные;

- совместно с ОКБ "Гидропресс" подтверждена применимость расчетных моделей, реализованных в кодах КАНАЛ-97, КОРСАР/ГГ1, для анализа; процессов, разогрева и охлаждения твэлов ВВЭР при аварии с потерей теплоносителя в условиях изменения площади проходного сечения для теплоносителя до 5% вследствие раздутия их оболочек;

- усовершенствована балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания при повторном заливе снизу или сверху одиночных имитаторов твэлов и; модельных TBC ВВЭР в условиях МГТА и ЗПА, удовлетворительно описывающая опытные данные в диапазоне температур до 1200 °С.

Достоверность представленных в диссертации результатов обосновывается использованием на стенде ПАРАМЕТР современных приборов высокого класса точности, воспроизводимостью опытных данных при различной скорости опроса датчиков, проведением необходимых тарировок измерительных средств и выполнением баланса подведенного и отведенного от TBC тепла.

Полученные массивы данных по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР согласуются с имеющимися представлениями об исследованных процессах.

Надежность предложенной методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной TBC при повторном заливе подтверждается тем, что она основана на балансе подведенного и отведенного тепла и согласуется с результатами расчета и опытными данными, полученными для штатных конструкционных элементов активной зоны реактора ВВЭР в диапазоне температур до 1200 °С.

Рассчитанные максимальная температура оболочки одиночного имитатора твэла ВВЭР, время ее достижения и основные характеристики повторного смачивания в условиях МПА по двум лицензионным (KAHAJT-97 и КОРСАР/ГП) и специально разработанному для проведения испытаний на стенде ПАРАМЕТР (PARAM-TG) кодам согласуются с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Данные по температурным режимам твэлов, изготовленных из штатных конструкционных элементов, в условиях МПА и ЗПА использованы для верификации кодов КОРСАР/ГП, KAHAJI-97, предназначенных для анализа безопасности АЭС с ВВЭР, и кода PARAM-TG, разработанного для расчетного сопровождения экспериментов на стенде ПАРАМЕТР.

Полученные температурные режимы, созданные массивы данных и обобщающие соотношения по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР с окисленными, раздутыми и разгерметизированными оболочками могут быть применены при разработке и верификации моделей повторного залива при МПА и ЗПА как существующих, так и усовершенствованных теплогидравлических кодов улучшенной оценки.

Усовершенствованная балансовая методика позволила оценить основные характеристики расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной тепловыделяющей сборки ВВЭР и может быть использована при подготовке сценариев экспериментов по повторному заливу снизу или сверху как на стенде ПАРАМЕТР, так и на других установках.

Полученные массивы данных по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР согласуются с имеющимися представлениями об исследованных процессах.

Надежность предложенной методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной TBC при повторном заливе подтверждается тем, что она основана на балансе подведенного и отведенного тепла и согласуется с результатами расчета и опытными данными, полученными для штатных конструкционных элементов активной зоны реактора ВВЭР'в диапазоне температур до 1200 "С.

Рассчитанные максимальная температура оболочки одиночного имитатора твэла ВВЭР, время ее достижения и основные характеристики повторного смачивания в условиях МПА по двум лицензионным (KAHAJI-97 и KOPCAP/TTTh и специально разработанному для проведения испытаний на стенде ПАРАМЕТР (PARAM-TG) кодам согласуются с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Данные по температурным режимам твэлов, изготовленных из штатных конструкционных элементов, в условиях МПА и ЗПА использованы для верификации кодов КОРСАР/ГП, KAHAJT-97, предназначенных для-анализа безопасности АЭС с ВВЭР, и кода PARAM-TG, разработанного для расчетного сопровождения экспериментов на стенде ПАРАМЕТР.

Полученные температурные режимы, созданные массивы данных и обобщающие соотношения по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР с окисленными, раздутыми и разгерметизированными оболочками могут быть применены при разработке и верификации моделей повторного залива при МПА и ЗПА как существующих, так и усовершенствованных теплогидравлических кодов улучшенной оценки.

Усовершенствованная балансовая методика позволила оценить основные характеристики расхолаживания одиночного имитатора твэла и модельной тепловыделяющей сборки ВВЭР и может быть использована при подготовке сценариев экспериментов по повторному заливу снизу или сверху как на стенде ПАРАМЕТР, так и на других установках.

Личный вклад автора состоит в;

- обработке температурных режимов 20 экспериментов по повторному заливу одиночных имитаторов твэлов (НЗ) и 23 - модельных 19-ти и 37-ми стержневых TBC ВВЭР (НЗ и ВЗ) из штатных конструкционных элементов на стенде ПАРАМЕТР. Во всех экспериментах на одиночных имитаторах твэлов, а также в 9 — на модельных TBC автор принимал непосредственное участие и выполнял пре- и посттестовые расчеты с помощью кода PARAM-TG;

- создании массивов данных и получении обобщающих соотношений по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР с окисленными при заливе сверху и раздутыми, разгерметизированными и окисленными оболочками - при заливе снизу;

- сопоставлении экспериментальных данных по максимальной температуре оболочки одиночного имитатора твэла ВВЭР, времени ее достижения и характеристик повторного смачивания в условиях МПА на стенде ПАРАМЕТР с результатами расчетов с помощью лицензионных кодов КОРСАР/ГП, КАНАЛ-97, выполненных совместно с ОКБ "Гидропресс";

- усовершенствовании балансовой методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР и проведении сопоставления с опытными данными, полученными для штатных конструкционных элементов в диапазоне температур до 1200 °С.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1. Результаты расчетно-экспериментального исследования температурных режимов при повторном заливе снизу и сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР из штатных конструкционных элементов при максимальной проектной и запроектной авариях.

2. Массивы данных и обобщающие соотношения по афр окисленных, раздутых и разгерметизированных одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР при заливе снизу и сверху в условиях МПА и ЗПА.

3. Данные по температурным режимам одиночных имитаторов твэлов ВВЭР в условиях МПА, полученные в экспериментах на стенде ПАРАМЕТР, и результаты расчетов по коду PARAM-TG на стадии нагрева и по кодам KAHAJT-97, КОР-САР/ГП совместно с ОКБ "Гидропресс" - на всех стадиях аварии, включая повторный залив, а также их сопоставление.

4. Балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР при заливе снизу и сверху в условиях максимальной проектной аварии, применимая для штатных конструкционных элементов в диапазоне температур до 1200 °С.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на: XVII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, ЦАГИ, г. Жуковский, 2009 г.; Шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика", МЭИ, г. Москва, 2010 г.; семинаре ИБРАЭ РАН, г. Москва, 22 сентября 2010 г.; Пятой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-5), МЭИ, г. Москва, октябрь 2010 г.; Семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика", МЭИ, г. Москва, 2011 г.; заседании кафедры ИТФ МЭИ 6 апреля 2011 г.; Седьмой МНТК "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", ОКБ "Гидропресс", г. Подольск, 17-20 мая 2011 г.; XVIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, пансионат РАН "Звенигородский", г. Звенигород, 23-27 мая 2011 г.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Базюк, Сергей Сергеевич

1.4. ВЫВОДЫ:

1. Данные по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок в условиях максимальной проектной и запро-ектной аварий ограничены, а в условиях образования оксидного слоя на поверхности, раздутия и разгерметизации оболочек, вызванных повышением давления и i температуры - отсутствуют.

2. Имеющиеся исследования повторного залива- при подаче охлаждающей- воды снизу и сверху проведены при максимальных температурах оболочки, не превышающих 1100 °С, когда вклад-тепловыделения-, от пароциркониевой реакции существенно меньше, чем от остаточного тепловыделения.

3. Имеющиеся обобщающие зависимости по скорости фонта'смачивания модельных TBC полученьг в ограниченном-диапазоне температур оболочек и расходов охлаждающей воды.

4. Применяемые расчетные коды требуют верификации. noN максимальной" температуре оболочки, времени расхолаживания и-темпу продвижения фронтов смачивания на имитаторах твэлов из штатных материалов и в условиях, по возможности приближающихся к.реальным.

5. Существующие методики оценки основных- характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC в условиях, максимальной проектной и запроектной аварий не учитывают тепла пароциркониевой реакции и запасенного тепла в элементах конструкции.

На- основании- проведенного обзора исследований сформулированы цели настоящей работы:

- расчетно-экспериментальное исследование повторного- залива снизу (НЗ) и сверху (ВЗ) одиночных имитаторов твэлов и модельных тепловыделяющих сборок (TBC) ВВЭР в условиях максимальной проектной и запроектной аварий;

- проведение экспериментов по повторному заливу снизу и сверху при температурах оболочки, когда вклад тепловыделения пароциркониевой реакции сопоставим с остаточным тепловыделением;

- создание массива данных по скорости фронта смачивания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC в условиях разгерметизации и раздутия оболочек твэлов;

- получение обобщающих соотношений по скорости фонта смачивания модельных TBC, описывающих опытные данные в более широком диапазоне изменения режимных параметров;

- проведение сопоставления расчетных кодов с экспериментальными данными по максимальной температуре оболочки, времени расхолаживания и темпу продвижения фронтов на имитаторах твэлов из штатных материалов и в условиях, по возможности приближающихся к реальным;

- усовершенствование методики оценки основных характеристик расхолаживания одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC в условиях максимальной проектной и запроектной аварий с учетом тепла пароциркониевой реакции и запасенного тепла в элементах конструкции.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Эксперименты по исследованию повторного залива в условиях максимальных проектных и запроектных аварий с потерей теплоносителя проводились на стенде ПАРАМЕТР (ФГУП "НИИ НПО "Луч") [34]. Основными элементами и устройствами стенда, отображенными на рис. 36; являются следующие: рабочий участок с модельной TBC; система электрического нагрева модельной TBC и электропитания технологических систем стенда; система генерации и конденсации пара; система аварийного залива модельной тепловыделяющей сборки снизу; система газового обеспечения аргоном и гелием; система анализа водорода; информационно-измерительная система.

Перегретый пар из системы генерации пара и нагретый газ,— носитель (аргон), подаются снизу в рабочий,участок* с модельной TBC. Из верхней части рабочего-участка непрореагировавший пар, аргон и водород, образовавшийся в результате пароциркониевой- реакции, поступают в водоохлаждаемый конденсатор 1>. Из конденсатора 1 аргон, воздух и водород поступают в систему газового анализа, затем в спецвентиляцию.

Питание водой системы генерации пара осуществляется насосом ПН1 из емкости ГЕ1 объемом 75 л. Залив снизу осуществляется автономной системой, включающей емкость с водой ГЕ4 объемом. ~ 23 л под постоянным давлением р8, электроклапан VI9 и расходомер R2. Залив сверху осуществляется автономной системой, включающей емкость с водой объемом 75 л под постоянным давлением р7, электроклапан ЭМКЗ и расходомер R3.

В процессе эксперимента контролируются параметры пара (Gst ¡n, Tst ¡п), аргона (G/u- ¡п9 TAr in) и расход воздуха (Gair in) на входе в рабочий участок, расход газовой смеси (G(R4)) и концентрация кислорода в газовой смеси - на выходе в спецвентиляцию, а также масса воды в основной питающей емкости (М1, ГЕ1) и емкости нижнего залива (М4, ГЕ4); масса конденсата пара в емкостях (ГЕ5, ГЕ5', ГЕ5.1, ГЕ5.2, ГЕ5.3, FE5.4, ГЕ5.5), расположенных после конденсатора 1 и масса воды, слива с верхнего фланца.рабочего участка (ГЕ6:1, ГЕ6.2, ГЕ6;3).

Рабочий у часток для испытаний одиночных имитаторов твэлов Конструкция рабочего участка (РУ) представляет собой цилиндрический сосуд, вы- . полненный из стали 12Х18Н10Т, высотой 1490 мм и диаметром 032 мм с толщиной стенки 2 мм (рис. 37). На боковой поверхности камеры расположены.штуцеры входа и выхода рабочей среды — аргона, пара и воды нижнего залива. Снаружи корпуса рабочего- участка установлен слой- теплоизоляции толщиной 34 мм- из двуокиси циркония (Zr02, ZYFB-3) или шамотного кирпича ШВП-350. Верхний фланец обеспечивает ввод в. рабочую; камеру и герметизацию исследуемого имитатора; твэла с, системой контроля температуры- оболочки. Электроизоляция нагревателя твэла', обеспечивается?верхним и; нижним металлокерамическими узлами (МКУ), установленными в верхнем фланце и; нижнетчасти рабочего »участка; Вшерхнем фланце установлены; два^МКУ для ввода, и герметизации датчиков: температуры и давления. Конструкция® РУ обеспечивает проведение испытаний имитаторов твэлов при температуре оболочки до 1200 °С и давлении до 6,0 МГГа.

Рабочий участок для испытаний модельных тепловыделяющих сборок Корпус РУ для?испытаний модельных.TBC (рис.38) состоит из грех секций, соединенных фланцами. Верхняя' секция предназначена для ввода в рабочий объем И; герметизации имитаторов твэлов, термопар и трубок; системы верхнего залива, подачи' аргона при нижнем заливе, вывода парогазовой-смесииз рабочего участка в теплообменник - конденсатор, отвода и контроля объема воды, поступившей из модельной' сборки при заливе, сверху. Верхняя секция РУ (рис. 386) состоит из корпуса,, изготовленного из трубы 0133x6 мм из нержавеющей стали и оснащенного кожухом

ТЮрМ

Смеситель р11Т11 чо

Т^д Фильтр Вентилятор

ПНЗ

Р22 ПН4

Рис. 36. Функциональная схема стенда ПАРАМЕТР (ФГУП «НИИ НПО «Луч») водяного охлаждения, двух водоохлаждаемых фланцев, направляющего канала, экрана. В корпусе установлены штуцеры вывода парогазовой смеси, подачи аргона при нижнем заливе, отвода воды из модельной сборки при верхнем заливе.

Средняя секция (рис. 38в) предназначена для размещения модельной TBC, теплоизоляции, системы регистрации и контроля параметров испытаний, а также компенсации температурных расширений обечайки. Корпус средней секции выполнен из стальной трубы 0133x6 мм и оборудован кожухом водяного охлаждения. В корпусе соосно располагаются модельная тепловыделяющая сборка, цилиндрическая циркониевая обечайка 069,7x1,2 мм, слой теплоизоляции. Верхняя и нижняя разделительные мембраны вместе с компенсирующим сильфоном служат для герметизации исследуемой TBC.

Нижняя секция рабочего участка (рис. 38г) служит для раздельной подачи пара, аргона и охлаждающей воды снизу в рабочий объем модельной сборки. Корпус нижней секции изготовлен из двух труб из нержавеющей стали 0156x6x690 мм, 0203x3x210 мм и снабжен нагревателем. В корпусе установлены штуцеры подвода пара, аргона, охлаждающей воды при нижнем и аварийном заливах. Верхний и нижний водоохлаждаемые фланцы используются для ввода токоподводов, термопар и слива воды.

Основные технические характеристики модельной TBC приведены в таблице 2.

Рис. 37. Общий вид рабочего участка стенда ПАРАМЕТР для испытаний одиночных имитаторов твэлов в условиях аварии LOCA

Нагреватель

Мембрана

Нагреватель

Конденсат

Водяной пар

Система начального залива снизу

Система верхнего залива

Система основне залива снизу

Компенсатор адяной пар + Ar+H¡ Мембрана

Обечайка

Теплоизоляция

Дистанционируюицая решетка

Твэл

U02 таблетка

Общий вид рабочего участка

Рис. 38. Рабочий участок стенда ПАРАМЕТР для испытаний модельных TBC в условиях аварии LOCA б)верхняя секция

Вода 4 -охлаждения х в) средняя секция

Вода охлаждения

Нижний залив

Воздух (20%02+ 80%N2) г) нижняя секция

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведено расчетно-экспериментальное исследование повторного залива снизу (НЗ) и сверху (ВЗ) одиночных имитаторов твэлов И: модельных тепловыделяющих сборок (TBC) ВВЭР из штатных конструкционных элементов в условиях максимальной проектной и запроектной аварий. Получены данные по температур!гым режимам одиночных имитаторов твэлов при заливе снизу и 19-ти: и 37-ми стержневых TBC ВВЭР при заливе: снизу и сверху из, штатных конструкционных, элементов на стенде ПАРАМЕТР в» диапазонах изменения режимных: параметров; В: опытах:; с одиночными имитаторами — максимальная: температура оболочки до залива. Га0 = 760-1190 °С, расход подачи воды залива/w = 12т-78 кг/(м~-с); мощность, имитирующая остаточное тепловыделение; qi~ 0-4,5 кВт/м; температура воды на входе в РУ-Т^ = 20 °С; модельными TBC ВВЭР - ТсЛ — 500-1160 °С (НЗ), 7'ci0 = 460М490 °С (ВЗ), pw = 13- 19,5 кг/(м2-с) (ВЗ), рил = 49-81 кг/(мг-с) (НЗ); АТНСД — 8,0т-120 Вошсех экспериментах; оболочки;окисленные, а в-ряде -раздутые и разгерметизированные.

2. Впервые получен массив данных и обобщающее соотношение по- скорости фронта смачивания- одиночных имитаторов! твэлов^и модельных TBC ВВЭР из штатных : конструкционных; элементов при заливе; снизу в. условиях разгерметизации и раздутия окисленных оболочек. Установлена зависимость скорости, фронта смачивания от температуры оболочки, массового/ расхода охлаждающей воды и подведенного - тепла. Показано, что на скорость фронта смачивания влияют также раздутие и разгерметизация- оболочки, окисление поверхности и возможно ее изменение до 3 раз по длине и сечению модельной TBC. Обнаружено, что в исследованных условиях; ифр до 2-3 раз меньше, чем по результатам: расчета согласно известным соотношениям.

3. Впервые получен массив: данных и: обобщающее соотношение по скорости фронта смачивания модельных TBC ВВЭР из штатных конструкционных элементов при-1 заливе сверху с окисленными оболочками. Установлена зависимость и, от температуры оболочки и массового расхода, охлаждающей воды. Обнаружено, что влияние температуры оболочки на скорость фронта смачивания более существенно, чем при заливе снизу.

4. Полученные температурные режимы одиночных имитаторов твэлов ВВЭР в условиях МПА на стадии нагрева сопоставлены с результатами расчета по коду PARAM-TG, разработанному для расчетного сопровождения экспериментов на стенде ПАРАМЕТР. Получено удовлетворительное согласование опытных и расчетных данных по максимальной температуре оболочки и времени ее достижения.

5. Полученные температурные режимы одиночных имитаторов твэлов ВВЭР на стенде ПАРАМЕТР в условиях МПА на стадиях нагрева и повторного залива сопоставлены с результатами расчетов по кодам KAHAJI-97, КОРСАР/ГП, выполненных совместно с ОКБ "Гидропресс". Обнаружено, что максимальная температура, время расхолаживания, положение фронта смачивания согласно рассмотренным кодам предсказываются удовлетворительно. Обосновано применение кодов KAHAJI-97, КОРСАР/ГП для анализа процессов разогрева и охлаждения твэлов ВВЭР при аварии с потерей теплоносителя при изменении площади проходного сечения для теплоносителя до 5 % вследствие раздутия оболочки.

6. Усовершенствована балансовая методика оценки основных характеристик расхолаживания при повторном заливе снизу или сверху одиночных имитаторов твэлов и модельных TBC ВВЭР в условиях МПА и ЗПА, удовлетворительно описывающая опытные данные в диапазоне температур до 1200 °С.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Базюк, Сергей Сергеевич, 2011 год

1. F. Kaminaga, Н. Uchida. Reflooding Phenomena in a Single Heated Rod. Part 1, Experimental Study. Bulletin of the JSME, vol. 22, no. 169, 1979.

2. M. Juarsa, A.R. Antariksawan, et al. Study on boiling heat transfer during reflooding process in QUEEN test section. Proc. of ICAPP'05, 2005

3. D. Hein. Modellvorstellungen zum Wiederbenetzen durch Fluten. DoktorIngenieur genhmigte Dissertation, Hannover, 1980 r.

4. A.M. Волчек, Ю.П. Джусов, А.Д! Ефанов, С.Г. Калякин и др. Исследование влияния капельного орошения поверхности на скорость окисления-циркониевых оболочек в пару при температурах 700-800 °С. Труды МНТК "Теплофизика-98", т.1, 1998 г., стр.113-127.

5. J. Singha, L.E. Hochreiter, F. В. Cheung. Effects of surface roughness, oxidation level and liquid subcooling on the minimum film boiling temperature. Experimental Heat Transfer, vol. 16, 2003, p. 45-60

6. J. Zhang, K. Mishima, T. Hazuku, T. Takamasa. Reflooding.Experiments on a Vertical* Surface with Radiation-Induced Surface Activation. Journal' of Nuclear Science and Technology, vol. 45, no. 6, 2008, pp. 541-546.

7. Y. Abe, Y. Sudo, M. Osakabe. Experimental Study of Upper Core Quench in PWR Reflood Tests. Journal of Nuclear Science and Technology, vol. 20, no.7. 1983, pp. 571-583.

8. Y. Sudo, M. Osakabe. Effects, of Partial Flow Blockage on Core Heat Transfer in Force-Feed Reflood Tests. Journal of Nuclear Science and Technology, vol. 20, no. 4, 1983, pp. 322-332.

9. Звонарев Ю.А., Комендантов А.С., Кузма-Кичта Ю.А. Экспериментальное характеристик теплообмена при повторном смачивании и поверхности нагрева // Теплоэнергетика, 1984, №5

10. Балашов С.М., Коньков А.С., Землянухин В.В. Экспериментальное исследование повторного затопления в сборках тепловыделяющих стержней ВВЭР // Теплоэнергетика, Москва, 1999, №6

11. Ганчев Б. Г. Охлаждение элементов ядерных реакторов стекающими пленками. М: Энергоатомиздат, 1987 г., с. 191.

12. А.Р. Амиров, Б.Г. Ганчев, В.В. Баранов и др. Возобновление смачивания пучка стержней при верхней и нижней подаче жидкости. Вопросы атомной науки и техники, 1987, вып. 3, с. 31-38

13. Блага. В. Экспериментальное исследование процессов теплоотвода вканалах различной геометрии в условиях аварийного охлаждения ВВЭР/ Дисс. . кандидата технических наук, Москва, 1988 г.

14. Балашов С. М. Экспериментальное исследование процессов осушенияи повторного затопления на имитаторах твэлов для обоснования расчетов аварийных режимов ВВЭР. Диссертация . кандидата технических наук, Москва, 1989 г.

15. В.В. Ложкин, O.A. Судницын, Б.И. Куликов. Результаты экспериментального исследования по повторному, охлаждению на моделях TBC реактора ВВЭР при заливе снизу. Труды МНТК "Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР", т. 1, ГНЦТФ ФЭИ, 1998, стр. 389-399.

16. Ефанов А.Д., В.В. Ложкин, Сергеев, В.В., O.A. Судницын, С.И. Зайцев. Анализ экспериментов по повторному заливу и верификация расчетных кодов. Труды МНТК "Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР", т. 1, ГНЦ РФ ФЭИ, 1998, стр. 400-410.

17. В.П. Спассков, Ю.Г. Драгунов, С.Б. Рыжов, А.К. Подшибякин, Н.С. Филь, С.И. Зайцев и др. Расчетное обоснование теплогидравлических характеристик реактора и РУ ВВЭР М.: Академкнига, 2004г., 340с.

18. Безруков Ю.А. Обоснование безопасности реакторов ВВЭР на основе экспериментальных теплогидравлических исследований. Диссертация . доктора технических наук, Подольск, 2007 г.

19. В.В. Сергеев. Теплообмен в закризисной зоне парогенерирующих каналов и теплогидравлика ТВС в переходных и* аварийных режимах. Диссертация. . доктора технических наук, Обнинск, 2007 г.

20. S. Cho, H.-S. Park, K.-Y. Choi, K.-Ho Kang, W.-P. Baek, Y.-S. Kim. Gore Thermal Hydraulics Behavior during the Reflood Phase of Cold-Leg LBLOCA Experiments using the ATLAS Test Facility. Nuclear Engineering and Technology, vol. 41, no. 10, 2009.

21. Блинков B.H., Мелихов О.И., Мелихов В.И., Елкин И.В., Никонов -С.М., Парфенов Ю!В. Верификация процедур по управлению авариями« АЭС с ВВЭР-1000 на стенде ПСБ-ВВЭР // Журнал "Новое в российскойчэлектроэнергетике", № 11, 2009

22. L. Sepold, W. Hering, С. Homann, et al. Experimental'and computational results of the QUENCH-06 Test (OECD ISP-45). Forschungszentrum Karlsruhe, 2004

23. Л.И. Зайчик, A.E. Киселев, В.Д. Озрин, В.Ф. Стрижов и др. Верификация расчетного комплекса СОКРАТ/ВЗ. 6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, Россия 26-29 мая 2009 г, доклад на CD.

24. Киселев А.Е. Моделирование внутрикорпусной стадии запроектной аварии и создание программного комплекса для анализа безопасности во-до-водяных энергетических реакторов. Дисс. доктора технических наук, Москва, 2004 г.

25. Мигров Ю.А., Волкова С.Н., Юдов Ю.В. и др. КОРСАР теплогид-равлический расчетный код нового поколения для обоснования безопасности АЭС с ВВЭР. Теплоэнергетика. 2001. №9. с. 36-49.

26. Юдов Ю:В., Волкова С.Н., Бондарчик Б.Р., Бенедиктов Д.В(. Анализ и обоснование замыкающих соотношений теплогидравлической модели PK КОРСАР: Сборник трудов научно-технической конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", Подольск, 2001.

27. Борисов С.Д., Борисов Л.Н., Филь Н.С., Зайцев-С.И. Валидация программы Течь — М — 97 по результатам эксперимента с большой течью на крупномасштабном стенде с ядерным нагревом. Труды 4ой МНТК "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР" , 2005 г.

28. Драгунов Ю.Г, Филь Н. С., Борисов С. Л., Борисов Л. Н., Зайцев С.И. "Валидация программы ТЕЧЬ-М-97 по результатам эксперимента с большой течью на крупномасштабном стенде с ядерным нагревом", Атомнаяjэнергия, т. 99, вып. 6, 2005 г., стр. 444-453.

29. Ефанов А.Д., Виноградов В.Н., Гальченко Э.Ф., Сергеев В.В., Судни-цын-О.А. Верификация«теплогидравлических кодов на стандартной задаче нижнего повторного,залива. Теплоэнергетика. 2003. №11. С. 16-20.

30. С.С. Базюк, Е.Б. Попов, Н.Я. 11аршин, Ю.А. Кузма-Кичта. Моделирование повторного залива.тепловыделяющей сборки ВВЭР5 // Труды Пятой Р0ссийско№национальной»конференции погтеплообмену. Mí: Издательский дом МЭИ, 2010, т. 1, с. 161 -164,

31. С. С. Базюк, Е.Б. Попов, Hi Я\ Паршин- KDí Ai. Кузмаv~Кичта: Исследование повторного* залива модельной TBC ВВЭР. Тепловые процессы в технике, 2010 г., № 12. / ■ •

32. A. Kisselev, V. F. Strizhov, A. D. Vasiliev, V. I. Nalivaev, N. Ya.Parshin. Thermal Hydraulics Aspects, of Top Reflood Experiment: PARAMETER-SF1 Modeling; Transactions, SMiRT 19, Toronto; 2007

33. V. Nalivaev, A. Kiselev, J.-S. Lamy, S. Marguet, V. Semishkin, J. Stuckert, Ch. Bals, K. Trambauer, T. Yudina, Yu. Zvonarev. The PARAMETER test series. Proceedings of ERMSAR, Corium Issues Session 2 Paper№2-3 .2008.

34. Игнатьев Д.Н. Экспериментальное исследование поведения твэлов ВВЭР в условиях аварии с большой течью из первого контура РУ. Диссертация . кандидата технических наук, Подольск, 2009 г.

35. Г.Н. Полетаев, В.Б. Проклов; Э.Ю. Щепетильников. Обобщение теории смачивания горячих поверхностей и её применение в анализе аварий ВВЭР. Труды 7ой МНТК "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", 2007 г.

36. C.M. Балашов, B.B. Землянухин, B.B. Зоричев. Исследование повторного • затопления малостержневых сборок имитаторов твэлов ВВЭР-440. Сб. тезисов ОНТК "Теплофизика-99". Обнинск, 1999 г. - 348 с.

37. С. С. Базюк, Ю. А. Кузма Кичта. Исследование повторного залива модельной ТВС ВВЭР на стенде ПАРАМЕТР // Семнадцатая МНТК студ.и аспирантов "Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика". Тезисы докладов. М.: Издательский дом МЭИ, 2011, т. 3, с. 55-57.

38. Ю.Н. Кузнецов. Теплообмен в проблеме безопасности ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1989 - 296 с.

39. Б.С. Петухов, Л.Г. Генин, С.А. Ковалев, С.Л. Соловьев. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Издательство МЭИ, 2003 г.

40. С.С. Кутателадзе. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990 г. - 367 с.