Расчетный анализ влияния раздутия оболочек твэлов на их максимальную температуру в авариях с потерей теплоносителя А.Н.Чуркин, В.П.Семишкин, В.А.Мохов, Е.А.Фризен, П.В.Ягов Докладчик: Чуркин А.Н. Причины раздутия оболочек твэлов • Избыточное давление под оболочкой (при LB LOCA P > 2 МПа) • Высокая температура оболочки (при LB LOCA T > 750 °C) P, МПа T, °C 16 1200 12 800 8 400 4 0 t, c 0 200 400 600 800 1000 0 t, c 0 200 400 600 800 1000 2 Предполагаемое влияние раздутия • Изменение условий теплопередачи внутри твэла: увеличивается газовый зазор между топливом и оболочкой (при неизменной геометрии топливного столба) • Изменение условий теплоотдачи снаружи твэла: уменьшение суммарного расхода т/н через ТВС (из-за блокировки проходного сечения ТВС и увеличения ее КГС) уменьшение расхода т/н в элементарных каналах вблизи области с раздутием 3 Уменьшение расхода т/н в элементарных каналах вблизи области с раздутием Уменьшенный расход наблюдается за 3 Dг до раздутия и на протяжении 50 Dг после. ДР ρw/ρwвх 1 ,0 2 При этом: • увеличивается подогрев т/н участок с раздутием оболочки твэла • может увеличиться скорость т/н из-за уменьшения проходного сечения («jetting» эффект) 0 ,9 5 0 ,8 8 Распределение относительной массовой скорости т/н во фрагменте ТВС 4 w w вх 1,8 Область с раздутием ДР Эксперимент [4] Расчет: COBRA-IV [4] 1,4 Расчет: ТЕМПА-1Ф [3] 1 0,6 0 0,5 1 1,5 2 2,5 l, м Распределение по высоте продольной скорости т/н в элементарном канале ТВС PWR c раздувшимися твэлами 5 Результаты расчетного анализа По программе ТЕМПА-1Ф проведены расчеты условий охлаждения твэлов ВВЭР-1000 при: • моделировании проектной аварии с большой течью т/н первого контура на стенде ПАРАМЕТР • повторном разогреве активной зоны в запроектной аварии с гильотинным разрывом главного циркуляционного трубопровода и отказом активной части САОЗ ТЕМПА-1Ф + ТВЭЛ-3 • постоянной геометрии пучка твэлов с заданным локальным раздутием одного твэла и при стационарном охлаждении паром 6 Стационарное охлаждении паром при постоянной геометрии пучка твэлов T / T0 1,016 Δr/r = 0,088 (Re = 725) Δr/r = 0,088 (Re = 10000) Δr/r = 0,198 (Re = 725) Δr/r = 0,198 (Re = 10000) 1,012 Re = 725 1,008 1,004 1,000 ДР ДР Область с раздутием 0,996 l, м 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Распределение относительной температуры оболочки твэла с раздутием 7 Условия экспериментов на стенде ПАРАМЕТР T, ° C 1200 с раздутием оболочки без раздутия оболочки 1000 «горячий» твэл 800 600 «холодный» твэл 400 0 100 200 300 t, c Изменение во времени температуры оболочек твэлов (скорость нагрева 2-3 °С/с) 8 Условия экспериментов на стенде ПАРАМЕТР T, Ñ T, oC î 1000 сÑраздутием оболочки ä åô î ðì àöè åé î á î ëî ÷êè без Áåç раздутия ä åô î ðì àöèоболочки è î áî ëî ÷êè 600 Прекращение нагрева Разгерметизация твэла (завершение раздутия) 800 400 t, сt, ñ 0 50 10 100 20 150 30 200 40 Изменение во времени температуры твэла (скорость нагрева 15-20 °С/с) 9 Условия ЗПА T, °C 1200 разгерметизация твэла 1000 «горячий» твэл разгерметизация твэла 800 «холодный» твэл 600 ñс äåô î ðì àöèåé раздутием áåç î ðì àöèè без äåô раздутия 400 t, c 0 100 200 300 Изменение во времени температуры оболочки твэла 10 Сравнение результатов расчета по программам ТЕМПА-1Ф и КАНАЛ-97 T, °C 1000 КАНАЛ-97 ТЕМПА-1Ф 600 Разгерметизация твэла (ТЕМПА-1Ф) Разгерметизация твэла (КАНАЛ-97) 800 400 t, c 0 40 80 120 Изменение во времени температуры оболочки твэла 11 Сравнение результатов расчета по программам ТЕМПА-1Ф и КАНАЛ-97 r r0 0.3 КАНАЛ-97 ТЕМПА-1Ф 0.2 0.1 0 t, c 0 40 80 120 Изменение во времени относительной деформации оболочки твэла 12 Выводы • Раздутие оболочек твэлов оказывает влияние на их максимальную температуру • Детальное моделирование тепломассопереноса в ТВС и термомеханики твэла позволит при анализах аварии менее консервативно определять значения таких параметров, как: максимальная температура оболочки твэла максимальная глубина окисления оболочки количество окисленного циркония количество разгерметизировавшихся твэлов 13 Спасибо за внимание 14 Список литературы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Семишкин В.П. Расчетно-экспериментальные методы обоснования поведения твэлов и ТВС ВВЭР в аварийных режимах с большой течью из первого контура: Автореф. дис. … докт. тех. наук. – ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, 2007. – 48 с. Turbulent flow in a model nuclear fuel rod bundle containing partial flow blockages / J.M. Creer, J.M. Bates, A.M. Sutey, D.S. Rowe // Nuclear Engineering and Design. – 1979. – V.52. – P. 51 – 63. Верификация программы ТЕМПА-1Ф: расчет экспериментов с блокировкой проходного сечения пучка твэлов / А.Н.Чуркин, В.А.Мохов, П.В.Ягов // Научно-технический сборник «Вопросы атомной науки и техники». – Серия: «Обеспечение безопасности АЭС». – Подольск. – 2006. – Вып. 13. – С. 71 – 79. Ang M.L., Aytekin A., Fox A.H. Analysis of flow distribution in a PWR fuel rod bundle model containing a blockage - Part 1. A 61% coplanar blockage // Nuclear Engineering and Design. – 1988. – V.108. – P. 275 – 294. Чуркин А.Н. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в пучках тепловыделяющих стержней: Автореф. дис. … канд. тех. наук. – ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, 2006. – 23 с. Стендовое моделирование стадий проектной аварии с потерей теплоносителя реакторной установки с ВВЭР / В.И. Наливаев, И.И. Федик, Ю.Г. Драгунов и др. // Атомная энергия. – 2004. – Т.96. – Вып.4. – С. 247 – 255. Прочность основного оборудования и трубопроводов реакторных установок ВВЭР / Н.В. Шарый, В.П. Семишкин, В.А. Пиминов, Ю.Г. Драгунов. – М: ИздАТ, 2004. – 496 с. Экспериментальное обоснование теплогидравлической надежности реакторов ВВЭР / С.А. Логвинов, Ю.А. Безруков, Ю.Г. Драгунов. – М.:ИКЦ «Академкнига», 2004 15 w w âõ 1,8 Область с раздутием Ýêñï åðèì åí ò (èçì åðåí èÿ) Ýêñï åðèì åí ò (ñðåäí ÿÿ ñêî ðî ñòü) COBRA-IV ÒÅÌ Ï À-1Ô ДР 1,4 1 0,6 0 0,5 1 1,5 2 2,5 l, ì Распределение скорости по высоте канала №24 (блокировка канала 31 %) 16