Расчетное моделирование нейтронно-физических и сопряженных физико-теплогидравлических процессов в реакторах ВВЭР (24.08.2009)

Автор: Лизоркин Михаил Петрович

Отклонение в покассетном распределении поля энерговыделений Отклонение в определении эффективного коэффициента размножения реактора

Рис. 1. Максимальные отклонения результатов при решении тестовых задач в функции от размеров гексагональных нодов при использовании различных уравнений баланса нейтронов:

a - простейшие конечные разности (типа БИПР5)

b - две радиально-азимутальных гармоники в БИПР8

c - четыре радиально-азимутальных гармоники в БИПР8

d - семь радиально-азимутальных гармоник в БИПР8

Программа БИПР7 обеспечивает точность между случаями b и c.

- квадрат длины миграции нейтронов);

H - расстояние между центрами гексагональных нодов;

- в диапазоне 0.4 - 0.5 является характерным для ВВЭР-440

- в диапазоне 0.6 - 0.7 является характерным для ВВЭР-1000

Во второй главе обсуждаются работы соискателя по развитию модели трехмерного нестационарного расчета кинетики реактора, ее верификации и созданию кинетической версии программы БИПР8КН, которая, после получения результата стационарного расчета, позволяет рассчитывать изменения трехмерного распределения полей нейтронов и мощности реактора в переходных и аварийных процессах, вызываемых как глобальными, так и локальными изменениями размножающих свойств различного происхождения в активной зоне.

Алгоритм расчета кинетики нейтронов [4] основан на изложенном в Главе 1 нодальном уравнении баланса нейтронов, дополненном соответствующими членами, учитывающими производные источника деления и потока нейтронов по времени, а также уравнениями расчета концентрации осколков-предшественников запаздывающих нейтронов. Используются следующие предположения:

пространственная часть задачи для потоков нейтронов решается в двухгрупповом нодальном приближении с представлением асимптотической моды решения внутри нодов в виде комбинации 7-ми пробных функций;

переходная мода решения ищется в виде комбинации 12-ти пробных функций;

учитываются 6 групп запаздывающих нейтронов

Исходная форма системы двухгрупповых нестационарных диффузионных уравнений

индексы F и T означают надтепловую и тепловую группы, соответственно

- эффективная доля запаздывающих нейтронов;

и С - постоянная распада и концентрация источников запаздывающих нейтронов;

V - средняя скорость нейтронов соответствующей группы.

Концентрация источников запаздывающих нейтронов определяется выражением:

, (4)

- полный источник нейтронов деления.

сохранено в выражении для источника потому, что в практических расчетах его величина может оказаться отличной от единицы после расчета исходного стационарного состояния.

Представим изменение потока нейтронов в интервале времени (t,t+?t) экспоненциальной функцией в виде

является функцией номера нода.

можно было считать постоянным на интервале времени (t,t+?t), можно записать:

, взятом из предыдущего временного слоя.

При этом в выражении (7)

удовлетворяет уравнению

равны 0. Предположим, что в момент времени t=0 по некоторому закону начинается изменение реактивности реактора, т.е. размножающие свойства топливной решетки начинают меняться во времени из-за внешних причин, например, движения управляющих стержней или изменения концентрации бора или температуры теплоносителя на входе активной зоны. Начинается переходной процесс, расчет которого проводится по следующему алгоритму:

(и, соответственно, значения производных потока нейтронов по времени (6)), которые смогли бы скомпенсировать этот разбаланс в каждом пространственном ноде (в первом приближении без учета изменения перетоков нейтронов между нодами);

оказывается ограниченным, как скоростью изменения размножающих свойств топливной решетки, так и текущей скоростью изменения потока нейтронов, даже в случае, если размножающие свойства уже не меняются. Опыт расчетов показывает, что такой выбор шага интегрирования оказывается представительным, поскольку последующее точное сведение баланса нейтронов по реактору (с учетом изменения перетоков нейтронов между нодами) подтверждает, что изменение потоков за шаг не превышает заданного ограничения;

итерационное решение пространственно-временной задачи (5)-(9) для одного шага интегрирования. Итерации заканчиваются по достижении баланса (с заданной точностью) между потоками нейтронов на двух временных слоях, их производными по времени и пространственными перетоками в каждом расчетном ноде;

и возврат к п. a).

В диссертации приведены результаты верификации модели нейтронной кинетики, реализованной в версии программы БИПР8КН, на примерах сопоставления расчетов с результатами расчетов по другим программам и с результатами экспериментов. В качестве примера на рисунке 2 представлен результат сопоставления решения тестовой задачи, полученного по программам ДУМКА и БИПР8КН, на рисунке 3 результат расчета по программе БИПР8КН сопоставлен с данными эксперимента по нейтронной кинетике, на рисунке 4 приводится сопоставления результата решения по различным программам модельной задачи о выбросе органа регулирования с учетом обратной связи по температуре топлива.

Отн. ед.

время (сек)

Рис. 2. Изменение потока быстрых нейтронов во времени в расчетном ноде 1 в одномерной модельной задаче при периодическом ступенчатом введении возмущений.


загрузка...