ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы


Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года

РАЗВИТИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ ТЯЖЕЛЫХ ЗАПРОЕКТНЫХ АВАРИЙ В РЕАКТОРАХ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Аннотация

Разработана достаточно полная математическая модель для расчетного анализа тяжелых запроектных аварий в быстрых реакторах с натриевым охлаждением. В отличие от существующих моделей разработанная модель позволяет ответить на вопрос о возможности удержания расплавленного топлива в корпусе реактора.

Рассматриваемая расчетная область является многосвязной. Математическое моделирование подобластей как пористых тел выполнено с использованием законов сохранения массы, импульса и энергии, записанных в виде уравнений неразрывности, движения и энергии в двуxмерной цилиндрической системе координат.

Решена задача формирования тепловыделяющего слоя на нижнем торцевом экране. Проведено моделирование зон тепловыделяющего слоя. В частности, плавление частиц стали, а затем топлива учтено путем моделирования стоков тепла в тепловыделяющем слое. Получена формула для стоков тепла в зоне с теплообменниками.

Получено решение задачи о движении пузыря пара переменной массы в жидкости. Результаты решения использованы для определения источников тепла от конденсирующегося пара над тепловыделяющим слоем.

Разработанная расчетная модель реализована в виде кода БРУТ. Выполненная верификация его отдельных блоков показала удовлетворительное совпадение результатов расчета с экспериментальными данными и результатами расчетов с использованием аналитических решений.

По программе БРУТ выполнен расчет рассматриваемой аварии в реакторе типа БН большой мощности, при которой происходит полное расплавление ТВС в центре активной зоны и частичное расплавление ТВС на ее периферии. Расплавление сборок приводит к образованию двух тепловыделяющих слоев, находящихся на нижней торцевой зоне воспроизводства.

Образовавшиеся тепловыделяющие слои разогреваются. Сначала плавится нижняя торцевая зона воспроизводства, а затем происходит медленное плавление коллекторов.

После проплавления коллекторов и верхней плиты напорной камеры центральный тепловыделяющий слой перемещается на нижнюю плиту напорной камеры. Фронт плавления останавливается и тепловыделяющий слой начинает остывать.

Таким образом, в соответствии с результатами расчета по программе БРУТ при рассмотренной в данной работе аварии расплавленное топливо удерживается в корпусе реактора.

По программе БРУТ выполнен также расчет аварии, при которой происходит разрушение 18 ТВС первого и второго рядов активной зоны в реакторе типа БН малой мощности. Сначала происходит плавление нижнего торцевого экрана, которое затем прекращается.

Таким образом, и в данном случае обеспечивается удержание частично разрушенной активной зоны в корпусе реактора.

Ключевые слова
быстрый реактор, математическая модель, корпус реактора, тепловыделяющий слой, расплавленное топливо, стоки тепла, тяжелая авария, расчетная область, паровой пузырь, конденсация пара.

Полная версия статьи (PDF, in Russian)

Список литературы

УДК 621.039.51:621.039.586

Вопросы атомной науки и техники. Cер. Ядерно-реакторные константы, 2014, вып. 1, 1:1