Post on 08-Jan-2016
description
Федеральное агентство по атомной энергииФедеральное агентство по атомной энергииГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени А.И.имени А.И. ЛейпунскогоЛейпунского
«Анализ пространственных «Анализ пространственных эффектов при эффектов при
распространении водорода в распространении водорода в объеме контейнмента»объеме контейнмента»
А.Д. Ефанов, А.Д. Ефанов, Н.М. Витушкина,Н.М. Витушкина, А.А. Лукьянов, А.А. ЗайцевА.А. Лукьянов, А.А. Зайцев
5-й международная научно-техническая конференция5-й международная научно-техническая конференция«Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР«Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР
Принципиальная схема АЭС с ВВЭР-1000
Область применения - обоснование водородной безопасности в замкнутом объеме защитной оболочки при аварии с течью теплоносителя 1-го контура на АЭС с ВВЭР
Процессы: конвективное течение парогазовых смесей с тепловыделением в объеме; поверхностная и объемная конденсация водяного пара; распространение пара и водородосодержащих смесей.
Характер процессов:нестационарный;дозвуковойОсобенности:-все процессы протекают при практически постоянном давлении в пределах данного объема в фиксированный момент времени; -имеют место большие изменения плотности вследствие концентрационного расслоения и тепловыделения за счет химических реакций, а также перемещения жидкости, связанные с расширением.
Среда:однофазная;многокомпонентная
Требования к коду:необходимая степень детализации расчетных областей и протекающих процессов.
Для аварии с течью теплоносителя 1-го контура на АЭС с ВВЭР
Основные уравнения модели сжимаемого газа
• уравнение состояния газа
• уравнение сохранения импульса
• уравнение неразрывности
RT
P )()(
*
m
mc
1
)() (
gPuuu
mQudiv ) (
Основные уравнения модели сжимаемого газа
• уравнение энергии для газовой смеси mmP constC
m
m
mpV
mmm
mpP
P QCTQd
dPcDCTTdivuTC
TC
*
mmmmm cDdivQuc
c
•уравнение переноса газовых компонентов для
массовых концентраций
Модель поверхностной конденсации
Массовый поток пара ff
fv
wv Trj
rf f
fT- теплота парообразования;
- теплопроводность и толщина пленки конденсата;
- перепад температур на пленке конденсата.
Распределение парциального давления пара
(**) )()()( v0
0vv
vvboundboundbound
bound
boundbound TT
T
PPTT
TT
PPPTP
Плотность пара в пограничном слое
*** )(
)(vv
v RT
TTTP
PT
boundbound
Изменение плотности парав пограничном слое при конденсации перегретого парав объеме 1 – распределение (***)2 – линия насыщения
(*)
Метод решенияМетод решения
Приводя уравнение неразрывности к виду:
Sourceudiv
где Source - выражение, определяемое через диффузионные члены уравнения переноса,
можно использовать алгоритмы решения, разработанные для моделей течения несжимаемой среды
n
mnnnmnn guuPuu
*11111
nmnmnmn SourceudivPP 1111
Для решения уравнений переноса импульса и неразрывности используется следующая итерационная процедура (явная схема), здесь m- номер итерации:
где: > 0 - итерационный параметр, - шаг по времени, n- номер временного слоя
Верификация модели сжимаемого газа Международная стандартная задача ISP-47
Установка THAI, объем 60м3
Контейнмент установки THAI
Трехмерная нодализация установки THAI (22х66х10=14500)(22х66х10=14500)
Верификация модели сжимаемого газа Международная стандартная задача ISP-47
Результаты расчетов, установка ThAI
Расчетное поле концентрации гелия к моменту окончания напуска He (2600 с);в нижней части установки - от 0 до 2%, в верхней части - от 25 до 30%,
а) модель установки
-1.5
-1
-0.5
0
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
z
0
2
4
6
8
X Y
Z
He
0.310.280.250.220.190.160.130.10.070.040.01
б) нижний коллектор,h=1,7 м
в) выгородка, h=4,6 м г) h=7,7 м
r
fi
-1.5 -1 -0.5 0
-1
-0.5
0
0.5
1
He
0.310.280.250.220.190.160.130.10.070.040.01
H = 4,6 m
r
fi
-1.5 -1 -0.5 0
-1
-0.5
0
0.5
1
He
0.310.280.250.220.190.160.130.10.070.040.01
H = 7,7 m
r
fi
-1.5 -1 -0.5 0
-1
-0.5
0
0.5
1
He
0.310.280.250.220.190.160.130.10.070.040.01
H = 1,7 m
Верификация модели сжимаемого газа Международная стандартная задача ISP-47
0 1 0 0 0 2 0 0 0Â ð å ì ÿ, ñ
0
0 .1
0 .2
0 .3Ê
îíöå
íòðà
öèÿ
ãåëè
ÿ (î
áúåì
íûå
äîëè
) ê î ä Ê Ó Ï Î Ë -Ìê î ä Ê Ó Ï Î Ë -3 Dýê ñï åð è ì å í ò
0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0Âð å ì ÿ, ñ
0
0 .0 4
0 .0 8
0 .1 2
0 .1 6
Êîí
öåíò
ðàöè
ÿ ãå
ëèÿ
(îáú
åìíû
å äî
ëè) Â û ãî ð î ä ê à , Í = 4 .6 ì
ê î ä Ê Ó Ï Î Ë -Ìê î ä Ê Ó Ï Î Ë -3 Dýê ñï åð è ì å í ò
0 1 0 0 0 2 0 0 0Â ð å ì ÿ, ñ
0
0 .0 0 4
0 .0 0 8
0 .0 1 2
0 .0 1 6
Êîí
öåíò
ðàöè
ÿ ãå
ëèÿ
(îáú
åìíû
å äî
ëè) Í è æ í è é ê î ë ë å ê òî ð , Í = 1 .7 ì
ê î ä Ê Ó Ï Î Ë -Ìê î ä Ê Ó Ï Î Ë -3 Dýê ñï åð è ì å í ò
0 2 4 6 8 1 0Â û ñî òà , ì
0
0 .1
0 .2
0 .3
Êîí
öåíò
ðàöè
ÿ ãå
ëèÿ
(îáú
åìíû
å äî
ëè) ê î ä Ê Ó Ï Î Ë -Ì
ê î ä Ê Ó Ï Î Ë -3 D
а) Эволюция во времени расчетной концентрации гелия в верхней части модели установки THAI
б) Эволюция во времени расчетной концентрации
гелия над кольцевым зазором модели установки THAI
в) Эволюция во времени расчетной концентрации
гелия в нижней части модели установки THAI г) Распределение по высоте расчетной концентрациигелия для r = 1.05 м в модели установки THAI
Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство
расчетная область(20х34х9=6120)
r-20 -10 0 10 20
fi
0
5
10
15
20
z
0
10
20
30
Y
X
Z
H2
0.140.130.120.110.10.090.080.070.060.050.040.03
TIME = 20s
r-20 -10 0 10 20
fi
0
5
10
15
20
z
0
10
20
30
Y
X
Z
H2
0.140.130.120.110.10.090.080.070.060.050.040.03
TIME =360s
Заполнение водородосодержащей смесью подкупольной области
№ выход конденсация
1 закрыт нет
2 закрыт есть
3 открыт есть
Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство
0 1000 2000 3000Âðåì ÿ , ñ
200000
300000
400000
500000
600000
700000
Äàâ
ëåí
èå, Ï
à
âàðèàí ò 1âàðèàí ò 2
0 1000 2000 3000Âðåì ÿ , ñ
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
Óä
åëüí
ûé
ïîòî
ê êî
íäåí
ñàòà
, êã
/(ì
2. ñ)
Âåðòèêàë üí û å ñòåí êèÏ î òî ë î êÏ î ë
0 1000 2000 3000Âðåì ÿ , ñ
0
2
4
6
8
10
Ñë
èâ
êîíä
åíñà
òà, (
êã/ñ
)
Ñ óì ì à ñî âñåõ ï î âåðõí î ñòåéÐàñõî ä í à âõî ä åÑë èâ ñ âåðòèêàë üí û õ ñòåí î êÑë èâ ñ ï î ë àÑë èâ ñ ï î òî ë êà
Эволюция среднего давления 1 вариант – без учета конденсации пара на стенках, 2 вариант – с учетом конденсации.
Эволюция удельного потока конденсата Эволюция слива конденсата
Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство
0 400 800 1200 1600Âðåì ÿ , ñ
-12
-8
-4
0
4
Îòê
ëîí
åíèå
, %Отклонение доли объема, занимаемого процессом дефлаграции, для разных нодализационных схем (6 120 и 153 000 контрольных объемов)
Динамика движения точки по зонам с разными концентрациями пара, воздуха и водорода
100 80 60 40 20 0п ар , %
0
20
40
60
80
100
во здух , %
0
20
40
60
80
100
водо
род ,
%д ето н ац и яд еф л агр ац и яr= 0 .7 5 м , = 0 o , z= 3 2 .5 м
Выводы• Разработана оригинальная версия модели СДТ, реализованная в
виде кода KUPOL-3D. Она описывает течение сжимаемой среды с учетом переменной плотности, зависящей от общего уровня давления, температуры и компонентного состава среды, инерцию и естественную конвекцию существенно неоднородной смеси, расширение за счет внутреннего тепловыделения и нагрев за счет работы сжатия.
• Верификация пространственной СДТ модели на основе экспериментальной базы Международной стандартной задачи ISP47 (эксперимент THAI) показала удовлетворительное согласование расчетных локальных характеристик с экспериментами.
• Выполненные расчеты показали, что код KUPOL-3D может быть использован при анализе водородной безопасности контейнментов АЭС с ВВЭР для получения численных оценок локальных характеристик тепло- и массообменных процессов, необходимых для разработки рекомендаций по проектированию системы аварийного удаления водорода.