EDN: TAIHCM
Авторы
Арестова А.А., Олексюк Д.А.
Организация
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия
Олексюк Д.А. – начальник отдела, кандидат технических наук. Контакты: 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1. Тел.: (916) 596-69-54; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Арестова А.А. – инженер.
Аннотация
В настоящее время основным средством для обоснования теплотехнической надежности активной зоны ядерного реактора являются субканальные программы. В их состав входит система уравнений сохранения массы импульса и энергии, требующая для решения набор замыкающих соотношений и модели для таких явлений, как: турбулентное перемешивание, теплопередача, трение на стенке и др. С развитием атомной энергетики в России возросли требования к точности программ. Улучшить точность субканальных программ возможно путем решения ряда задач, одной из которых является разработка и совершенствование модели турбулентности. Данная статья посвящена исследованию различных корреляций для турбулентного перемешивания с помощью субканальной программы SC-INT, а также формированию теоретических основ в вопросе о турбулентном перемешивании в ячейковых программах. В ходе исследования существующих корреляций был выявлен геометрический параметр, часто использующийся в зарубежной литературе, а затем добавлен в действующую модель турбулентного перемешивания в однофазной области в ПС SC-INT. Проведены расчеты распределения температуры теплоносителя в 37-стержневом пучке с дистанционирующими решетками, а также в 108-стержневой модели активной зоны реактора ВВЭР-1000. Были получены среднеарифметические и среднеквадратические относительные отклонения для этих двух моделей. Полученные результаты свидетельствуют о возможности дальнейшего развития модели турбулентного перемешивания в ПС SC-INT, а значит, и уменьшения погрешности расчета подогрева теплоносителя, что благоприятно скажется на значениях инженерных коэффициентов запаса по подогреву теплоносителя. В рамках дальнейшего совершенствования модели необходимо более детально подойти к поиску закономерностей, позволяющих составить корреляцию для коэффициента турбулентного перемешивания.
Ключевые слова
ячейковые коды, субканальные программы, турбулентное перемешивание, ПС SC-INT, активная зона, пучки стержней, стенд КС, однофазный теплоноситель
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Moorthi A., Sharma A.K., Velusamy K. A review of sub-channel thermal hydraulic codes for nuclear reactor core and future directions. Nuclear Engineering and Design, 2018, vol. 332, pp. 329–344.
- ПУЧОК-1000. Аттестационный паспорт программы для электронных вычислительных машин № 415 от 15.07.2017.
- ТИГРСП. Аттестационный паспорт программы для электронных вычислительных машин № 209 от 15.12.2005.
- Yang B.W., Nikotana H., Long J., Liu A., Han B. Subchannel analysis – Current practice and development for the future. Nuclear Engineering and Design, 2021, vol. 385, pp. 111477.
- Kireeva D.R., Oleksyuk D.A. Validation of the SC-INT code using experimental data on coolant mixing in a 37-rod fuel assembly with heat exchange intensifying spacer grid. Proc. of the International Conference on Mathematics & Computational Methods Applied to Nuclear Science & Engineering M&C. Jeju, Korea, April 16–20, 2017. Доступно на: https://inis.iaea.org/records/nrxf9-xs922 (дата обращения 07.11.2025).
- Асмолов В.Г., Блинков В.Н., Мелихов В.И., Мелихов О.И, Парфенов Ю.В., Емельянов Д.А., Киселев А.Е., Долганов К.С. Современное состояние и тенденции развития системных теплогидравлических кодов за рубежом. Теплофизика высоких температур, 2014, т. 52, № 1, с. 105–117.
- Aramova М. Development of an innovative spacer grid model utilizing computational fluid dynamics within a subchannel analysis tool. Diss. Ph.D. The Pensylvania State University, The Graduate School College of Engineering. 2007.
- Aigio Liu, Bao-Wen Yang, Bin Han & Xianlin Zhu. Turbulent Mixing Models and Other Mixing Coefficients in Subchannel Codes – Review Part A: Single Phase. Nuclear Technology, 2020, vol. 206, pp. 1253–1295.
- Zhenzhong Li, Deqi Chen, Dan Wu, Sunfang Xin, Xiang Li. Subchannel analysis of thermal-hydraulic performance in rod bundle with spacer grid considering anisotropic turbulent mixing. International Journal of Thermal Sciences, 2021, vol. 167, p. 107039. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2021.107039.
- Danhong Shen, Xiaojing Liu, Xu Cheng, A new turbulent mixing modeling approach for sub-channel analysis code. Annals of Nuclear Energy, 2018, vol. 121, pp. 194–202. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.07.023.
- Rowe D.S., Angle C.W. Cross-Flow Mixing between Parrallel Flow Channels During Boiling. Part ΙΙ. Measurement of Flow and Enthalpy in Two Parralel Channels. Washington Pacific Northwest Laboratory, Battle-Northwest, 1967.
- Eiff O.S., Lightstone M.F. On the Modelling of Single-Phase Turbulent Energy Transport in Subchannels. Proc. of the Powering Canada's future. Toronto, Ontario (Canada), June 8–11, 1997. Доступно на: https://inis.iaea.org/records/9mgz5-37266 (дата обращения 07.11.2025).
- Xiang Li, Deqi Cheng, Lian Hu. Numerical investigation on mixing performance in rod bundle with spacer grid based on anisotropic turbulent mixing model. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 30, pp. 843–856.
- Борисов В.Д. Поперечное перемешивание теплоносителя в пучках стержней. Препринт ИАЭ-3269/5. Москва, 1980.
- Сорокин А.П., Богословская Г.П. Методы теплогидравлических расчетов тепловыделяющих сборок активной зоны быстрых реакторов. Теплоэнергетика, 1997, № 3, с. 21–26.
- Beus S.G. A Two-phase turbulent mixing model for flow in rod bundles. Bettis Atimic Power Laboratory, Pittsburgh, Pensylvania, 1972.
- Rogers J.T., Tahir A.E.E. Turbulent interchange Mixing in Rod Bundles and the Role of Secondary Flows. Proc. of the Heat Transfer Conference. ASME, 1975, Paper 75-HT-31.
- Janssen E. Two-Phase Flow and Heat Transfer in Multi-Rod Geometries – Final Report. GEAP-10347 AEC Research and Development Report, 1971.
- Богословская Г.П., Кириллов П.Л., Жуков А.В., Сорокин А.П., Ушаков П.А., Титов П.А. Экспериментальные и расчетные исследования поперечного турбулентного переноса импульса и энергии в каналах сложных форм. Теплофизика Высоких Температур, 1996, т. 34, № 6, с. 903–908.
- Жуков А.В., Матюхин Н.М., Сорокин А.П. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов (теория и физика процесса). М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Денисова Н.А. Гидродинамика турбулентных потоков в ТВС быстрых реакторов (поле скорости и микроструктура турбулентности). Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2021, вып. 2, c. 139–162.
УДК 621.039.534...23
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2025, № 4, c. 283–298
