Введение к работе
Актуальность работы. Проблема естественной циркуляции оказывается в центре внимания при рассмотрении широкого круга вопросов, касающихся безопасности как действующих, так и проектируемых реакторных установок. Актуальность задачи, решаемой в диссертационной работе, обусловлена тем, что безопасность реакторных установок с ВВЭР напрямую зависит от способности естественной циркуляции отводить остаточные тепловыделения от активной зоны при авариях с потерей теплоносителя. Для обоснования безопасности действующих энергоблоков с реакторами ВВЭР и разработки новых проектов АЭС с повышенным уровнем безопасности в настоящее время используются российские теплогидравлические расчетные коды, такие как ТРАП, КОРСАР, БАГИРА. Явления однофазной и двухфазной естественной циркуляции включены в матрицы верификации этих расчетных кодов в качестве явлений, серьезно влияющих на безопасность реакторных установок с ВВЭР. Поэтому для успешной верификации расчетных кодов необходимы экспериментальные данные, полученные на интегральных стендах и воспроизводящие естественную циркуляцию, в том числе в условиях, когда значительная часть теплоносителя теряется из первого контура РУ.
Диссертационная работа основана на анализе трех экспериментов, выполненных на интегральном стенде ПСБ-ВВЭР, который является крупномасштабной структурно-подобной моделью реакторной установки ВВЭР-ЮОО. Стенд предназначен для получения экспериментальных данных, необходимых как для верификации расчетных теплогидравлических кодов, так и для анализа безопасности реакторной установки ВВЭР-ЮОО. В этой связи обоснование достоверности моделирования на стенде естественной циркуляции, то есть одного из ключевых явлений, обеспечивающего безопасность энергоустановки, является актуальной задачей.
Безопасность реакторной установки напрямую зависит от способности естественной циркуляции отводить остаточные тепловыделения от активной зоны при авариях с потерей теплоносителя. Характер изменения расхода теплоносителя в условиях ЕЦ через активную зону при уменьшении массы теплоносителя в первом контуре отражает внутренне присущую способность реакторной установки к пассивному расхолаживанию. Для разработки новых проектов энергоблоков с реакторами ВВЭР повышенной мощности и качественно более высоким уровнем безопасности необходимы экспериментально обоснованные данные об эффективности естественной циркуляции в аварийных ситуациях, при которых значительная часть теплоносителя теряется из первого контура.
Для обоснования безопасности РУ с ВВЭР важным является вопрос о надежности ЕЦ при аварии с течью из первого во второй контур. При такой аварии давление в объединенной системе двух контуров достаточно быстро выравнивается, оставаясь на опасно высоком уровне, а действие основного движущего механизма ЕЦ - стока гепла во второй контур практически прекращается. В этой связи достатоадо аквй^йіЙм^дйіяетфг исследование
механизмов, способствующих поддержанию ЕЦ в условиях аварии с течью из первого контура во второй.
Целью работы является исследование эффективности естественной циркуляции при уменьшении количества теплоносителя в первом контуре РУ с ВВЭР-1000 в режиме аварии с малой течью. Под эффективностью естественной циркуляции понимается ее способность отводить остаточные тепловыделения от активной зоны, предотвращая повышение температуры твэл в остановленном реакторе. Термин «малая течь» обозначает такой размер течи, при которой давление в первом контуре РУ не опускается ниже давления во втором контуре.
Задачи, решаемые в диссертационной работе:
а) обоснование адекватности и достоверности моделирования на
интегральном стенде ПСБ-ВВЭР естественной циркуляции в реакторе-
прототипе;
б) экспериментальное определение характера изменения расхода
естественной циркуляции через активную зону при уменьшении массы
теплоносителя в первом контуре реакторной установки в режиме малой течи;
в) исследование режима испарения-конденсации, обеспечивающего отвод
остаточных тепловыделений от топливных сборок на поздней стадии аварии
с малой течью;
г) исследование эффективности ЕЦ в первом контуре реакторной
установки в условиях аварии с течью из первого контура во второй.
Научная новизна. Впервые на интегральной установке большого масштаба, моделирующей ВВЭР-1000, определен характер изменения расхода естественной циркуляции через активную зону при уменьшении массы теплоносителя в первом контуре в режиме малой течи.
Впервые определены границы существования основных режимов теплоотвода от активной зоны по отношению к массе теплоносителя, остающегося в первом контуре, а именно: переход от однофазной к двухфазной ЕЦ и переход к режиму испарения-конденсации.
Впервые экспериментально определено минимальное количество теплоносителя, которое обеспечивает надежное охлаждение топливных сборок при аварии с малой течью.
Впервые экспериментально установлено, что на поздней стадии аварии с малой течью часть конденсата из трубок ИГ стекает в холодные трубопроводы.
Установлено, что при аварии с течью из первого контура во второй подача воды из одного канала активной части САОЗ способствует поддержанию устойчивого расхода через активную зону и является необходимым условием для длительного отвода тепла от реактора в режиме ЕЦ.
Достоверность основных научных положений и выводов работы обеспечивается воспроизводимостью результатов экспериментов, использованием 'йа'" крупномасштабном интегральном стенде ПСБ-ВВЭР
обоснованных методик исследования и метрологически аттестованных приборов.
Практическая ценность. Доказана достоверность моделирования на стенде ПСБ-ВВЭР естественной циркуляции, чем практически подтверждена правильность концепции моделирования, реализованной в конструкции стенда.
Определены характеристики, практически важные для безопасности реактора-прототипа, а именно: зависимость расхода ЕЦ от массы теплоносителя в первом контуре, границы существования трех режимов теплоотвода от активной зоны и минимальное количество теплоносителя, которое обеспечивает надежное охлаждение активной зоны при аварии с малой течью.
Экспериментально установлен факт стока конденсата из трубок ПГ в нижнюю камеру реактора, что практически важно для понимания процессов, протекающих на поздней стадии аварии с малой течью.
Экспериментально подтверждена высокая степень безопасности реактора-прототипа, а также эффективность теплоотвода остаточных тепловыделений в режиме ЕЦ при протекании запроектной аварии, вызванной течью из первого контура во второй, сопровождаемой полным обесточиванием энергоблока. Установлено, что при такой аварии подача воды из одного канала активной части САОЗ способствует поддержанию устойчивого расхода через активную зону и является необходимым условием для длительного отвода тепла от реактора в режиме ЕЦ.
Получены экспериментальные данные, которые используются в ведущих организациях отрасли: ФГУП ОКБ «Гидропресс», ФГУП «НИТИ», ИПБ РНЦ «Курчатовский институт», ФГУП «Атомэнергопроект», ФГУП «ВНИИАЭС». Полученные данные используются для верификации как российских теплогидравлических кодов ТРАП, КОРСАР, БАГИРА, так и западных кодов ATHLET, CATHARE, RELAP.
Личный вклад автора:
Автор в качестве ответственного исполнителя принимал непосредственное участие в проектировании отдельных элементов и систем стенда ПСБ-ВВЭР, на котором были получены экспериментальные данные, положенные в основу диссертационной работы. Автор участвовал на всех этапах выполнения экспериментальной программы стенда: в разработке сценариев экспериментальных исследований, в выполнении экспериментов и в подготовке отчетов. Анализ полученных экспериментальных данных и формулирование окончательных выводов были выполнены непосредственно автором.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции ІСАРР'ОЗ (Кордоба, Испания, 2003) и 1САРР'04 (Питтсбург, США, 2004); на 2-й и 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (Подольск, 2001 и 2003); на Международной конференции по ядерной
технологии (Берлин, Германия, 2003); на Международной конференции по ядерной технологии (Дюссельдорф, Германия, 2004).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 151 странице, содержит 66 иллюстраций и 35 таблиц. Библиографический список содержит 101 источник.
