Содержание к диссертации
Введение
1 Проблема устойчивости двухфазных потоков в системах пассивного отвода остаточного тепла реактора 9
1.1 Современные проекты систем пассивного отвода тепла от защитной оболочки АЭС 11
1.2 Обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию устойчивости двухфазных потоков в контурах ЕЦ 15
1.3 Основные выводы 33
2 Исследование пульсационных режимов барботажа пара в длинных вертикальных трубах при низких параметрах теплоносителя 34
2.1 Экспериментальная установка "Барботаж" 37
2.2 Методика проведения экспериментов и результаты исследования 43
2.3 Определение границы области устойчивых режимов барботажа пара 51
2.4 Обобщение экспериментальных данных по границе устойчивости барботажа в исследованном диапазоне параметров 54
2.5 Обобщение экспериментальных данных по среднему паросодержанию 56
2.6 Основные выводы 59
3 Численное моделирование барботажа пара на стенде "Барботаж" при помощи РК КОРСАР 60
3.1 Верификация РК КОРСАР по данным экспериментов на стенде "Барботаж" 61
3.2 Анализ замыкающих соотношений РК КОРСАР 65
3.3 Уточнение замыкающих соотношений по межфазному трению в пузырьковом и снарядном режимах 69
3.4 Основные выводы 75
4 Исследование неустойчивости вскипающего потока в контуре естественной циркуляции на стенде КЕДР 76
4.1 Результаты экспериментального исследования устойчивости естественной циркуляции 86
4.2 Расчётное моделирование неустойчивости потока в контуре естественной циркуляции стенда КЕДР 90
4.3 Основные выводы 97
5 Численное моделирование гидродинамических процессов в контуре естественной циркуляции СПОТ ЗО АЭС с ВВЭР-640 98
5.1 Расчётная модель СПОТ ЗО АЭС с ВВЭР-640 101
5.2 Неустойчивость двухфазного потока в контуре СПОТ ЗО 104
5.3 Основные выводы 111
Заключение 113
Список использованных источников 115
- Обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию устойчивости двухфазных потоков в контурах ЕЦ
- Определение границы области устойчивых режимов барботажа пара
- Уточнение замыкающих соотношений по межфазному трению в пузырьковом и снарядном режимах
- Расчётное моделирование неустойчивости потока в контуре естественной циркуляции стенда КЕДР
Введение к работе
Актуальность работы. Современные концепции безопасности АЭС нового поколения предусматривают широкое использование пассивных систем расхолаживания реакторного оборудования, работающих при низких давлениях под действием гравитационных сил. Основные преимущества таких систем связаны с упрощением конструкции оборудования и независимостью их функционирования от наличия источников электроснабжения, а недостатком -реализующаяся при различных механизмах возбуждения колебаний гидродинамическая неустойчивость двухфазного водяного теплоносителя при низких давлениях. Многообразие видов неустойчивостей, проявляющихся в натурных контурах естественной циркуляции (ЕЦ), не позволяет достоверно оценить границы неустойчивости на основе теоретических или полуэмпирических зависимостей. Поэтому обоснование теплогидравлических характеристик проектируемых пассивных систем безопасности, функционирующих в условиях ЕЦ теплоносителя, выполняется на основе крупномасштабных интегральных экспериментов и численного моделирования процессов с помощью расчётных кодов улучшенной оценки. Крупномасштабные эксперименты очень затратны по стоимости и времени реализации, поэтому в настоящее время основным инструментом, позволяющим решать задачи обоснования устойчивой работы пассивных систем безопасности, являются теплогидравлические расчётные коды (РК) улучшенной оценки, верифицированные в области параметров, характерных для работы этих систем.
Цели работы. Получение новых экспериментальных данных по устойчивости двухфазных потоков в контурах ЕЦ при низких параметрах теплоносителя. Верификация РК КОРСАР на основе полученных экспериментальных данных. Совершенствование функционального наполнения РК КОРСАР по результатам верификации. Численное моделирование теплогидравлических процессов в натурном контуре ЕЦ системы СПОТ ГО проекта АЭС с ВВЭР-640.
Основные результаты и их научная новизна. Впервые экспериментально получены пульсационные (гейзерные) режимы барботажа пара в длинных вертикальных каналах значительного диаметра при низких давлениях. Выполнен анализ механизма возбуждения гейзерных колебаний и определены границы области этого вида неустойчивости. Разработана аналитическая зависимость для границы устойчивости барботажа, обобщающая экспериментальные результаты. Получены новые экспериментальные данные по паросодержанию при барботаже в длинных каналах при низких давлениях.
На основе экспериментальных данных по устойчивости барботажных режимов выполнена верификация базовой версии РК КОРСАР, по результатам верификации разработаны и внедрены в РК КОРСАР уточнения замыкающих соотношений теплогидравлической модели.
Выполнено экспериментальное исследование неустойчивости вскипающих потоков на экспериментальном стенде "КЕДР", моделирующем контур аварийного охлаждения внешней поверхности корпуса реактора АЭС с ВВЭР-640, выявлен механизм возникновения низкочастотных колебаний потока в подъёмном участке контура. На основе полученных экспериментальных данных выполнена верификация РК КОРСАР.
При помощи РК КОРСАР выполнено численное моделирование теплогидравлических процессов в контуре ЕЦ системы СПОТ ГО проекта АЭС с ВВЭР-640. Продемонстрировано влияние степени детализации гидравлической схемы контура в расчётной модели на возможность выявления неустойчивости двухфазного потока.
Практическая значимость. Результаты экспериментальных исследований использованы для верификации и совершенствования функционального наполнения РК КОРСАР, который широко применяется в проектных расчётах при обосновании систем безопасности проектов российских АЭС нового поколения.
Достоверность результатов. Достоверность экспериментальных данных обеспечена применением проверенных методик подобных экспериментальных исследований, аттестованных методов измерения, неоднократным повторением каждого из экспериментов, автоматизацией выполнения экспериментов и обработки полученных результатов, расчётами погрешности измерений. Достоверность основных расчётных результатов обеспечена использованием апробированных расчётных методик РК КОРСАР. Полученные результаты согласуются с современными представлениями о теплогидравлических процессах в элементах оборудования систем пассивного расхолаживания АЭС.
Личный вклад автора в полученные результаты. Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие в постановке задач экспериментальных исследований и в сооружении экспериментальных установок, разработке программ и методик экспериментов, проведении экспериментов, обработке результатов исследований и выпуске научно-технических отчётов.
На основе полученных экспериментальных данных, представленных в диссертационной работе, автор выполнил верификационные расчёты и разработал методику коррекции замыкающих соотношений РК КОРСАР.
На защиту выносятся:
Результаты экспериментального исследования барботажа пара в длинных вертикальных каналах при низких давлениях (границы области гейзерной неустойчивости, механизм возбуждения гейзерных колебаний, аналитическая обобщающая зависимость для границы устойчивости, экспериментальные данные по паросодержанию).
Результаты применения статистического анализа влияния неопределённости параметров для уточнения замыкающих соотношений теплогидравлической модели РК КОРСАР. Разработка коррекции замыкающих соотношений РК КОРСАР для межфазного трения в пузырьковом и снарядном режимах.
Результаты экспериментального исследования неустойчивости вскипающих потоков в экспериментальной модели контура аварийного охлаждения внешней поверхности корпуса реактора АЭС с ВВЭР-640 (стенд "КЕДР"), механизм колебаний двухфазного потока в подъёмном участке контура. Результаты верификации РК КОРСАР на основе полученных на стенде "КЕДР" экспериментальных данных.
Результаты численного исследования устойчивости контура ЕЦ системы СПОТ ГО проекта АЭС с ВВЭР-640. Результаты исследования влияния степени детализации гидравлической схемы контура в расчётной модели на получение неустойчивых режимов двухфазной циркуляции.
Апробация материалов диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: IX семинаре по проблемам физики реакторов (Москва, 1995), на отраслевом научно-техническом семинаре "Пассивные системы и безопасность АЭС" (Обнинск, 2002), на 7-й международной научно-технической конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР" (Подольск, 2011), на международной конференции ICONE11 (Токио, 2003). Всего по результатам исследований опубликовано семь печатных работ, включая статью в журнале, рекомендованном ВАК (Теплоэнергетика, 2005).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 65 наименований. Диссертация содержит 124 страницы, в том числе 63 рисунка, восемь таблиц и одно приложение.
Обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию устойчивости двухфазных потоков в контурах ЕЦ
В проектных разработках АЭС нового поколения пассивные системы, работающие при низких давлениях под действием гравитационных сил, являются основным средством аварийного отвода остаточного тепла АЭС на стадии длительного расхолаживания реактора в авариях с разрывом главного циркуляционного трубопровода первого контура. Ниже приведены примеры таких систем пассивного отвода тепла (СПОТ) в составе проектов российских и зарубежных АЭС нового поколения.
В1 проекте АЭС-2006, строящейся на площадке ЛАЭС-2 в г.Сосновый Бор, предусмотрена система пассивного отвода тепла от защитной оболочки (СПОТ ЗО), которая предназначена для обеспечения отвода тепла от парогазовой среды внутри защитной оболочки при проектных и запроектных авариях с потерей теплоносителя первого контура и отказе активных систем, безопасности. Основная функция данной системы - обеспечение непревышения максимального проектного давления под 30 с целью сохранения целостности последнего барьера безопасности. Особенностью системы является ее постоянная готовность к работе и отсутствие внешних обеспечивающих систем. Работа системы осуществляется при естественной циркуляции теплоносителя. Подобные системы проектируются в России для АЭС нового поколения: плавучей АЭС с РУ КЛТ-40С и энергоблоков с РУ ВБЭР-300 (рис. 1.1).
СПОТ 30 АЭС-2006 включает в себя 16 теплообменников — трубчатых конденсаторов, равномерно расположенных в подкупольном пространстве 30, подключенных трубопроводами к бакам аварийного отвода тепла (БАОТ) с запасом воды, которая в процессе аварии выпаривается в атмосферу [6]. Каждые четыре теплообменника-конденсатора подключены к отдельному БАОТ и таким образом образуется 16 индивидуальных и практически идентичных контуров охлаждения для отвода тепла из гермообъёма. Подъемный трубопровод связывает верхний коллектор секции теплообменника с пароприёмным устройством бака аварийного отвода тепла (БАОТ). Опускной трубопровод подключается к нижней части БАОТ и нижнему коллектору теплообменника.
Принцип действия СПОТ ЗО состоит в следующем: парогазовая смесь, образующаяся в объёме под защитной оболочкой при аварии с разгерметизацией первого контура, за счет возникающего конвективного движения поступает на трубную систему конденсатора-теплообменника, где пар конденсируется, отдавая тепло охлаждающей воде. Нагретая вода или пароводяная смесь за счёт меньшей плотности, чем холодная вода в опускном участке контура, поднимается в бак СПОТ, пар сбрасывается в атмосферу, а вода по опускному участку поступает в нижний холодный коллектор конденсатора-теплообменника, где снова нагревается и частично испаряется. Давление охлаждающей среды в контуре циркуляции 0,1-0,27 МПа, температура 30-125 С, т.е. контур работает в области низких параметров теплоносителя. Основной особенностью данного контура циркуляции является наличие в нем элементов, обладающих значительной тепловой инерцией - баков БАОТ, медленный темп разогрева и последующее выпаривание теплоносителя в которых позволяет в течение 24 часов отводить тепло реактора без использования активных систем безопасности.
В проекте АЭС нового поколения с ВВЭР-640, разработанном в середине 90-х годов, защитная оболочка выполнена из стали, что позволило организовать теплоотвод из гермообъёма непосредственно через стенку 30 к охлаждающей жидкости, омывающей внешнюю поверхность оболочки в специальных коробах охладителях. Контур охлаждения системы СПОТ ЗО [10], принципиальная схема которого представлена на рис. 1.2, состоит из коробов-охладителей (1), примыкающих к внешней поверхности стальной защитной, оболочки (2), баков с запасом воды БАОТ (3), подъёмных и опускных каналов (4). Баки-охладители (короба) располагаются в два ряда по окружности на наружной поверхности металлической защитной оболочки контейнмента. Соединительными трубопро водами они подключаются к баку аварийного отвода тепла (БАОТ).
Кипящий реактор средней мощности SWR 1000 является эволюционным продолжением известного кипящего реактора Siemens BWR (ФРГ). В проекте SWR 1000 активные системы безопасности BWR были дополнены несколькими пассивными системами аварийного отвода тепла, что позволило существенно повысить безопасность реакторной установки в целом [54]. Система отвода тепла от контейнмента состоит из четырёх оребрённых наклонных конденсаторов-охладителей (finnedube cooler, см. рис. 1.3), соединённых трубопроводами с бассейном запаса воды (dryer-separator storage pool), который расположен над контейнментом и открыт на атмосферу. Контур циркуляции этой системы работает в пассивном режиме в авариях с выходом тепловой энергии внутрь контейнмента. Аналогичная пассивная система входит в состав итальянского варианта [39] проекта АР600 с бетонной защитной оболочкой (рис. 1.4).
Как видно. из представленного выше краткого обзора, естественная циркуляции теплоносителя при низких параметрах лежит в основе многих современных пассивных систем безопасности, работающих на длительной стадии расхолаживания- реактора в авариях с потерей теплоносителя первого контура. Конструктивное исполнение таких систем может быть различным, но все они имеют в своём составе: участок теплоподвода, тяговый участок, бассейн запаса воды с открытым уровнем и опускной участок. Включение контуров в работу происходит автоматически, при нагреве участка теплоподвода. Основными особенностями-теплогидравлических процессов при работе таких пассивных систем являются низкие параметры теплоносителя (характерные для естественной конвекции низкие массовые скорости течения и низкое давление в системе- ниже 0,5 МПа), сложность конфигурации циркуляционных трасс и их разветвленность, наличие.в составе контура элементов, обладающих большой тепловой инерцией, определяющих общий темп процессов в системе.
Величина мощности контуров ЕЦ является основным проектным параметром систем отвода тепла. Достижимые пределы интенсивности теплопередачи контура определяются хорошо известными законами [20], связывающими такие физические параметры, как скорость естественной циркуляции теплоносителя, движущие напоры, стоки тепла, тепловое расширение теплоносителя. Возможная теплогидравлическая неустойчивость контура накладывает существенные ограничения на допустимые пределы тепловой мощности, поэтому определение областей устойчивой работы контуров естественной циркуляции при низких давлениях является весьма актуальной задачей при конструировании оборудования СПОТ ЗО. В следующем подразделе приведены сведения об основных видах неустойчивости двухфазного потока в контурах ЕЦ.
Определение границы области устойчивых режимов барботажа пара
Для производства насыщенного пара требуемых параметров в экспериментах использовался парогенератор оригинальной конструкции ЦКТИ. Рабочее давление парогенератора до 1,1 МПа, паропроизводительность - до 0,05 кг/с. Давление пара перед регулировочными вентилями (2) превышало более чем в два раза давление за ними. Это условие позволило обеспечить критическое истечение пара при проходе его через вентили (2) и тем самым подцерлшвать неизменным расход пара на входе в барботажную колонку при колебаниях давления в нижнем сечении колонки, вызванных пульсационным процессом барботажа.
Из парогенератора пар подается через входное устройство (3) и парораспределительный дырчатый лист (4) в нижнюю часть барботажной колонны, барботирует сквозь слой воды и выходит в большой объём расширительного сосуда. Пар из расширительного сосуда отводится, на утилизацию в конденсатор. Постоянное давление в расширительном сосуде обеспечивается при помощи управления расходом пара на выходе из расширительного сосуда.
Парораспределительный дырчатый лист (4) представлял собой круглую шайбу с 44 . отверстиями диаметром 3,5 мм. Конструкция парораспределительного листа рассчитана на беспровальный режим работы в предполагаемой области режимных параметров. Для расчётов условий существования паровой подушки под дырчатым листом использованы известные соотношения из [20], связывающие минимальную необходимую скорость в каждой дырочке листа с параметрами теплоносителя. Размеры и количество отверстий обеспечивают равномерное распределение пара по сечению колонки во всём исследованном диапазоне параметров парового потока в стационарных режимах.
Барботажная колонка (5) выполнена из труб диаметром 89x4,5 мм. Эксперименты были проведены с двумя колонками разной высоты. Барботажная колонка №1 содержала две последовательно включённые трубы и имела общую высоту от дырчатого листа (4) до днища расширительного сосуда (6) 5,63 м. Барботажная колонка №2 содержала лишь одну трубу и имела общую высоту 3,18 м.
Расширительный сосуд (6) - стальной баллон, цилиндрическая часть которого имела диаметр 465x13 мм. Высота баллона 2,9 м, объём 0,44 м3.
Конденсатор (9) состоит из трёх параллельных змеевиков, внешняя поверхность которых охлаждалась проточной водопроводной водой. Мощность теплосъёма конденсатора составляла около 100 КВт. Конденсат отводился в канализацию. Величина расхода пара на входе в колонку регулировалась при помощи системы вентилей, необходимое давление в расширительном сосуде поддерживалось при помощи другой системы вентилей (8), позволяющих управлять расходом пара, покидающего расширительный сосуд.
На стенде "Барботаж" измерялись следующие параметры: температура теплоносителя и внешней поверхности оборудования, объёмный расход пара, подаваемого на вход барботера, давление среды в источнике пара и в расширительном сосуде, перепады давления вдоль барботажной колонны, весовой уровень теплоносителя в расширительном сосуде, расход конденсата, вытекающего из конденсатора. В качестве средств измерения использовались кабельные микротермопары, образцовый ртутный термометр, электронные датчики избыточного давления, электронные датчики перепада давления, барометр-анероид стрелочный, вихревой ультразвуковой расходомер. Схемы установки датчиков представлены нарис. 2.4 ирис. 2.5.
Для измерения температуры применялись кабельные термопары типа ХА и ХК. Термопары вставлены в трубопроводы через уплотнительные штуцера так, что королёк термопар располагается на оси трубопровода или расширительного сосуда. Три термопары, использовались для измерения температуры стенки расширительного сосуда; для этого они были плотно прижаты к внешней поверхности расширительного сосуда в трех точках по высоте и сверху покрыты слоем теплоизоляции. Холодные спаи всех термопар были выведены на один теплоизолированный клеммник, его температура измерялась ртутным термометром с точностью до 0,1 С. В ходе экспериментов температура холодных спаев периодически вводилась в базу измерительного комплекса, соответствующая поправка на ЭДС холодных спаев вычислялась и учитывалась автоматически.
Для измерения перепадов давления на стенде применялось пять дифференциальных датчиков давления Сапфир-22. Данные измерений перепадов давления использовались для оценки среднеобъёмных паросодержаний в рабочем участке и для определения весового уровня теплоносителя в расширительном сосуде. Импульсные линии к датчикам заполнены водой. c=S РЗ
Относительное давление пара измерялось в объёме расширительного сосуда и в паропроводе перед расходомером. Для измерения давления в паровом объёме расширительного сосуда использовался датчик давления Сапфир-22И, а для измерения давления в паропроводе датчик давления КРТ-7. Измерение объёмного расхода пара на входе в рабочий участок производилось при помощи вихревого расходомера PROWIRL-77F.
Сигналы всех электронных датчиков давления и температуры собирались, обрабатывались и записывались с помощью информационно-измерительной системы на базе аналоговых усилителей МССД-2 (производитель - НИТИ), преобразователей АЦП РСІ-МЮ-16ХЕ-50 (производитель - National Instruments), программного обеспечения Lab View 4.0 и компьютера Pentium-2. Вся система экспериментальных измерений стенда насчитывала около 40 датчиков.
Обычно регистрация параметров велась с частотой от 2 до 5 Гц, в некоторых случаях с частотой 100 Гц. Абсолютная погрешность, вносимая системой регистрации, составляла примерно 1% от диапазона конкретного усилителя-преобразователя МССД-2; эта погрешность учтена при определении полной погрешности измерения датчика (см. табл. 2.1).
Уточнение замыкающих соотношений по межфазному трению в пузырьковом и снарядном режимах
После выхода пара из колонки в расширительный сосуд, она заполняется относительно холодной жидкостью и кипение прекращается. После достаточного прогрева жидкости за счёт конденсации поступающего на вход колонки пара, происходит повторение пульсации параметров и выброс пароводяной пробки в расширительный сосуд.
Результаты верификационных расчётов показали, что базовая версия РК КОРСАР хорошо воспроизводит основные черты гейзерных и стабилизированных режимов барботажа пара в граничных условиях экспериментального стенда "Барботаж".
Расчётная методика выявления перехода от гейзерного режима барботажа к стабилизированному режиму при увеличении расхода пара была аналогична экспериментальной. По этой методике были получены расчётные данные по устойчивости барботажа для всего диапазона режимных параметров экспериментов, выполненных на стенде "Барботаж". При этом выяснилось, что положение расчётной кривой, отделяющая на плоскости определяющих параметров (G, Р) гейзерные и устойчивые режимы, зависит от предыстории барботажа (по типу гистерезиса). Пример гистерезиса при прохождении границы устойчивости в прямом направлении (при постепенном увеличении расхода пара) и в обратном направлении (при ступенчатом снижении расхода пара) для колонки длиной 5.63 ми давлении 250 кПа представлен нарис. 3.4.
В качестве индикатора устойчивости двухфазного потока на этом рисунке используется среднее паросодержание на всей длине колонки. Величина критической приведённой скорости пара на входе в колонку зависит от того, с какой стороны к ней приближаться: при нарастании расхода пара переход происходит при W" =1,8 м/с, при снижении расхода переход от устойчивого режима барботажа к пульсационному происходит при W" = 1,225 м/с.
Методика проведения экспериментов по барботажу на стенде "Барботаж" не предполагала исследование гистерезисных явлений при переходе через границу устойчивости при постоянном давлении в расширительном сосуде. Экспериментальные координаты границы устойчивости получены в ходе последовательного увеличения или снижения давления в расширительном сосуде при помощи увеличения или снижения расхода пара на входе в колонку, соответственно. Поэтому экспериментальная кривая устойчивости получена осреднением положения всех граничных точек, полученных при увеличении и при снижении расхода пара. Исходя из этого факта, расчётные граничные кривые устойчивости также были получены усреднением результатов, полученных при увеличении и снижении входного расхода пара. На рис. 3.5 представлены расчётные граничные кривые устойчивости для барботажных колонок длиной 5,63 и 3,18 м. Сплошными линиями показаны расчётные граничные кривые устойчивости, полученные при помощи базовой версии РК КОРСАР/В 1.1, заштрихованные области соответствуют экспериментальным границам неустойчивости для двух длин барботажных колонок. Как показывает этот рисунок, базовая версия РК КОРСАР правильно предсказывает положение граничной кривой только при низком давлении, при повышении давления имеет место существенное расхождение с экспериментальной границей устойчивости.
Исходя из этих результатов расчётно-экспериментальных работ, была выдвинута гипотеза о том, что математическая модель РК КОРСАР нуждается в уточнении замыкающих соотношений, влияющих на описание двухфазного течения при низких давлениях в условиях, при которых проводились эксперименты на стенде "Барботаж".
Анализ физических условий, в которых исследовался барботаж на стенде "Барботаж", показывает, что гейзерные и стабилизированные режимы и соотношения параметров, при которых происходит смена этих режимов, определяются, как уже отмечалось, совместным действием нескольких физических явлений.
Каждое из этих явлений моделируется в математической модели РК КОРСАР при помощи соответствующих замыкающих соотношений [32]. Для выявления конкретных соотношений, "ответственных" за положение расчётной границы устойчивости барботажа, были применены специальные статистические методы,анализа, реализованные в программе ПАНДА [13]. Программа ПАНДА предназначена для оценки влияния неопределенностей конструктивных и режимных параметров моделируемых элементов оборудования и параметров математических моделей на результаты расчета переходных и аварийных режимов РУ с ВВЭР с помощью расчетных кодов различного уровня.
Статистический анализ неопределенностей был выполнен в три этапа: -выявлены основные источники неопределенностей и определены их количественные характеристики-на основе априорных знаний о моделируемом объекте; -определены интервалы, в которых может находиться исследуемый-расчетный параметр, характеризующий отклик системы при- варьировании параметров задачи в пределах их неопределенностей; -определены степени влияния каждой из неопределенностей на значение исследуемого параметра.
В табл. 3.1 представлены, параметры замыкающих соотношений РК КОРСАР, которые могут влиять на величину исследуемого расчётного параметра - граничного значения массовой скорости пара. Нормальный закон распределения и диапазон отклонений (±20%) этих параметров от средних значений заданы экспертно.
Метод оценки доверительного интервала для случайной величины, реализованный в программе ПАНДА, основан на применении формулы Уйлкса: где у - достоверность анализа, J3 - заданное значение доверительной вероятности (то есть вероятности того, что истинное значение параметра лежит в интервале, образованном минимальным и максимальным значениями) и п есть минимальное число расчетов, которое необходимо произвести при заданных параметрах /3 и у.
Обычно - на практике задают значения доверительной вероятности и достоверности анализа, равные 0,95. При таких значениях J3 и у, согласно формуле Уилкса, необходимо провести минимум 93 расчета при случайном варьировании параметров системы. Тогда можно утверждать, что с вероятностью 95% интересующий нас параметр лежит в интервале, образованном минимальным и максимальным значениями.
При помощи генератора случайных чисел программы ПАНДА были-сформированы 100 разных наборов по 16 варьируемых параметров-в каждом, причём.значения каждого-параметра случайно выбирались в пределах заданных 20%. По результатам 100 расчётов-были рассчитаны коэффициенты линейной корреляции Пирсона и ранговой корреляции Спирмана, характеризующие меру линейной- и монотонной зависимости исследуемого параметра от одного варьируемого. В качестве исследуемого параметра рассматривалось положение границы устойчивости барботажа на плоскости давление - массовая-скорость пара.
Расчётное моделирование неустойчивости потока в контуре естественной циркуляции стенда КЕДР
Современные проектные расчёты устойчивости сложных разветвлённых гидравлических контуров возможны только с использованием современных расчётных кодов улучшенной оценки. При этом неизбежна некоторая степень снижения детализации задачи, вызванная технологическими возможностями кода и ограничениями на время счёта. Оптимально построенная нодализация объекта моделирования должна обеспечивать приемлемую точность воспроизведения основных физических процессов при минимальных затратах машинного времени. В данной главе представлены результаты численного моделирования при помощи РК КОРСАР естественной циркуляции в контуре СПОТ ЗО, выполненные для двух степеней детализации контура: в одноканальном и восьми канальном приближении. Цель данной работы состояла в выявлении причин расхождений между этими расчётами и выработке оптимизирующих рекомендаций.
Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность АЭС нового поколения с ВВЭР-640, является система отвода тепла от защитной оболочки (СПОТ ЗО). Эта система предназначена для безопасного отвода во внешнюю среду тепловой энергии остановленного реактора при авариях с течами теплоносителя первого или второго контуров под защитную оболочку. Система для своего функционирования не требует источников электропитания, отвод тепла производится за счёт естественной циркуляции теплоносителя.
Принцип работы системы СПОТ ЗО состоит в следующем: в случае аварии реакторной установки с выходом теплоносителя под защитную оболочку, в контейнменте локализуется парогазовая среда при высоком давлении и температуре. Для удержания параметров среды в допустимых проектом пределах, организуется непрерывный отвод тепловой энергии от реакторной установки в окружающую среду через стальную защитную оболочку (2, рис. 5.1) водяному теплоносителю, заполняющему короба-охладители (1). Нагретый в коробах-охладителях теплоноситель поднимается по трубопроводам вверх в бак аварийного отвода тепла (БАОТ) (см. 4, рис. 5.1), более холодный теплоноситель из этого бака опускается вниз по опускной ветви контура циркуляции на вход в нижний ряд коробов-охладителей, так в замкнутом контуре возникает ЕЦ с отводом тепла к теплоносителю БАОТ. Баки БАОТ открыты на атмосферу, тепло от 30 сначала прогревает воду в баках до температуры кипения, а затем происходит передача тепла в атмосферу за счёт испарения кипящей в баках воды. Тепловая инерция системы, заданная объёмом воды в баках, позволяет минимум в течение суток отводить тепло реактора без использования активных систем безопасности.
Контур охлаждения СПОТ 30, компоновка и принципиальная схема одного канала которого представлена на рис. 5.2, состоит из коробов-охладителей (1), примыкающих к внешней поверхности стальной защитной оболочки в два горизонтальных ряда по окружности, баков аварийного отвода тепла БАОТ (2), подъёмных и опускных каналов (3). Всего на наружной стороне стальной защитной оболочки устанавливается. 64 охладителя. Охладители выполнены корытообразной формы с размерами: ширина 3632 мм, длина (по высоте оболочки) 7980 мм, высота 193 мм. Внутреннее пространство каждого охладителя образует канал прямоугольной формы, разделённый по высоте семью перфорированными перегородками. Охладители по вертикали соединяются посредством четырех перепускных трубопроводов (Ду125). Нижние и верхние- охладители объединяются соответственно в нижний (Ду200) и верхний (ДуЗОО) сборные коллекторы. Охладители объединяются в технологические каналы. Каждый технологический канал включает в себя 8 вертикальных рядов охладителей по два теплообменника в каждом — всего 16 теплообменников, равномерно распределённых на поверхности герметичной оболочки.
Нижний коллектор каждого технологического канала посредством трубопроводов (Ду150) подключается к нижней части соответствующего бака аварийного отвода тепла. Верхний коллектор каждого технологического канала посредством трубопроводов (Ду200) подключается к верхней части соответствующего бака аварийного отвода тепла. Из баков аварийного отвода тепла организован выхлоп в атмосферу. Баки аварийного отвода тепла обеспечивают подачу теплоносителя в охладители. Расположение баков по высотным отметкам обеспечивает заполнение теплоносителем всей системы охладителей самотёком.
Для численного исследования устойчивости контура охлаждения защитной оболочки, был выбран один канал системы СПОТ ЗО, состоящий из 16 теплообменников, подъёмного и опускного трубопроводов и одного бака БАОТ. Контур ЕЦ моделировался- при помощи стандартных элементов; РК КОРСАР: Для этого были разработаны две нодализационные схемы, эквивалентные технологическому каналу системы СПОТ ЗО: схема №1 моделирует систему из восьми параллельных.каналов с коробами-охладителями.одним эквивалентным; каналом,, схема; №2 полностью воспроизводит структуру технологического канала, включая;нижний и верхний коллекторы. Модель бака запаса воды БАОТ, опускнойи отводящийтрубопроводы-одинаковы Віобеихсхемах.
Вюдноканальнотсхемё:№1 (см: рис. 5:3) все каналы контураЕЦ: опускной участок,.нижний; коллектор, восемь вертикальных, рядов; коробов-охладителей,. верхнийколлектори тяговый.участокмоделировались,, 54 расчётными ячейками канала chl .. Нижний; и верхний коллекторы (натурная- длина. 30 м) моделировались- эквивалентными- по объёму теплоносителя; участкамшдлиной 10 м.. Нижний ;ряд из восьми коробов-охладителей представлен; одним эквивалентным;по объёму и;площади.проходного сечения1 участком канала chl прямоугольного сечения; перфорированные перегородки в коробах (отношение площади;прохода теплоносителя к;площади поперечного сечения короба «1/5) моделируются семью местными сопротивлениями 1г4, величина которых рассчитана; при помощи справочника [1-9] ., Стальные теплопередающие стенки защитной оболочки, примыкающие к коробам-охладителям, моделировались при помощи двух теплопроводящих конструкций hcsl (нижний;ряд) и hcs2 (верхний
Условия теплообмена на внешней7 поверхности этих элементов соответствуют условиям теплоподвода на внутренней поверхности защитной оболочки, в расчётах они задавались при помощи граничных .условий по теплообмену bheatl и bheatl. Бак аварийного отвода тепла (БАОТ). моделировался при помощи пароводяного сосуда под давлением slvesl, выход парового пространства БАОТ в атмосферу моделировался при помощи канала ch2 и граничной ячейки bvol_tl. Местные сопротивления lrl...lr4 моделируют местные сопротивления потоку вследствие изменения проходных сечений каналов. Геометрические характеристики элементов контура и свойства теплопроводящих конструкций СПОТ ЗО взяты из доступных проектных данных АЭС с ВВЭР-640.
