Определение динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с теплоносителем в ходе тяжёлых аварий на АЭС Ртищев, Никита Александрович

Введение к работе

Актуальность работы. Требование обеспечения высокого уровня безопасности и надежности АЭС диктует необходимость выполнения углубленных оценок безопасности, включая рассмотрение запроектных аварий. Тяжелая авария на АЭС, вызывающая разрушение и плавление активной зоны реактора, является одним из самых опасных по своим последствиям типов запроектной аварии. В ходе ее развития возможны ситуации, приводящие к прямому контакту высокотемпературного расплава материалов активной зоны (кориума) с теплоносителем и их термическому взаимодействию, которое при определенных условиях может осуществляться взрывным образом вследствие мощного когерентного вскипания теплоносителя и сопровождаться динамическим воздействиями на окружающие конструкции. Вследствие возникающих угроз целостности АЭС при таком развитии аварийных событий термическое взаимодействие кориума с теплоносителем и соответствующие динамические воздействия уже много лет является важным предметом исследований специалистов в области безопасности атомной энергетики. Ввиду исключительной сложности реализующихся при термическом взаимодействии многофазных неравновесных многоскоростных процессов, сопровождающихся неустойчивостями различной природы, исчерпывающая теория этого явления еще далека до своего завершения. Необходимы дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования, разработка, усовершенствование и валидация расчетных кодов для анализов термического взаимодействия, квалифицированное проведение оценок динамических воздействий для АЭС различного типа с помощью этих кодов. Диссертационная работа посвящена исследованиям по этим направлениям, что и определяет ее актуальность.

Цель работы состоит в определении динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с теплоносителем в ходе тяжелой аварии на АЭС.

Основными задачами исследования являются:

аналитический обзор исследований термического взаимодействия кориума с теплоносителем при тяжёлых авариях на АЭС;

разработка и усовершенствование математических моделей термического взаимодействия кориума с теплоносителем, доработка/создание соответствующих расчетных кодов;

валидация этих кодов на экспериментальных данных по термическому взаимодействию кориума с теплоносителем;

определение динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с водой в корпусе реактора ВВЭР-1000 (внутрикорпусной паровой взрыв);

определение динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с водой в шахте реактора ВВЭР-1000 (внекорпусной паровой взрыв);

определение динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с натрием в корпусе реактора БН-600.

Научная новизна. В диссертационной работе:

1. 1. Усовершенствована карта режимов течения, входящая в состав математической модели кода VAPEX-P, предназначенного для моделирования стадии перемешивания кориума с водой.

   2. Выполнена валидация кода VAPEX-P на опытных данных экспериментов FARO L-14, FARO L-24 и FARO L-28.

   3. Разработана интегральная модель термического взаимодействия кориума с натрием и на ее основе создан расчетный код CSI.

   4. Выполнена валидация кода CSI на опытных данных экспериментов THINA, ПЛУТОН.

   Достоверность результатов выполненных исследований подтверждается:

   применением общепризнанных методов и подходов механики многофазных сред при создании/доработки математических моделей;

   использование апробированных корреляций и соотношений для описания трения и тепло и массообмена между фазами;

   результатами валидации кодов VAPEX-P, VAPEX-D, CSI. Практическая ценность проведенного исследования состоит в

   применении доработанных и валидированных расчетных кодов VAPEX-P и VAPEX-D для оценок динамических воздействий при внутрикорпусном и внекорпусном паровых взрывах на АЭС с ВВЭР и в применении созданного и валидированного расчетного кода CSI для оценок динамических воздействий при термическом взаимодействии кориума с натрием в ходе тяжелой аварии на АЭС с БН.

   Все основные этапы исследования выполнялись по договору между Проектно-конструкторского филиалом ОАО «Концерн Росэнергоатом» и НИУ «МЭИ» № 2077110 от 04.04.2011 г. и Государственному контракту с Министерством образования и науки РФ ГК № 14.740.11.0093 от 08.09 2010 г. Положения, выносимые на защиту:

   1. 5. Результаты валидации кода VAPEX-P на опытных данных экспериментов FARO L-14, FARO L-24 и FARO L-28.

      6. Математическая модель и расчетный код CSI для анализа термического взаимодействия кориума с натрием.

      7. Результаты валидации созданного расчетного кода CSI на опытных данных экспериментов THINA, ПЛУТОН.

      8. Значения динамических нагрузок при внутрикорпусном паровом взрыве в корпусе реактора ВВЭР-1000.

      9. Значения динамических нагрузок при внекорпусном паровом взрыве в шахте реактора ВВЭР-1000.

      10. Значения динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с натрием в корпусе реактора БН-600.

      Личный вклад автора. Все этапы работы по доработке математической модели кода VAPEX-P, валидации кода VAPEX-P на опытных данных экспериментов FARO L-14, FARO L-24 и FARO L-28, созданию интегральной математической модели термического взаимодействия кориума с натрием и на ее основе кода CSI, валидации кода CSI на опытных данных экспериментов THINA, ПЛУТОН, определению динамических нагрузок при внутрикорпусном и внекорпусном паровых взрывах на АЭС с ВВЭР, а также при термическом взаимодействии кориума с натрием в ходе тяжелой аварии на АЭС с БН были выполнены непосредственно автором, либо проходили при его непосредственном участии.

      Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на

      конференции-конкурсе молодых физиков (Москва, 13 февраля 2012 г.); XIII школе молодых учёных ИБРАЭ РАН (26 - 27 апреля 2012 г.);

      1. 1. 1. международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА" (Москва, 1-2 марта 2012 г.);

            Научно-технической конференции «Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах (Теплофизика 2012) (Обнинск, 24-26 октября 2012 г.); международном совещании участников международного проекта SERENA, посвященного исследованиям термического взаимодействия кориума с теплоносителем (Франция, Кадараш, 5 - 7 ноября 2012 г.);

            1. 1. 2. международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА" (Москва, 28 февраля-1 марта 2013 г.).

                  Публикации. Основные результаты работы были изложены в трех статьях, опубликованных в журналах из списка ВАК "Фундаментальные исследования" "Вестник МЭИ", в одной статье в рецензируемом международном журнале "Science and Technology of Nuclear Installations" (импакт-фактор 0,562), включенном в реферативную базу Scopus, и в пяти докладах, опубликованных в трудах отечественных и международных конференций.

                  Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 158 наименований. Диссертация содержит 228 страниц текста, в том числе 13 таблиц и 60 рисунков.

                  Похожие диссертации на Определение динамических нагрузок при термическом взаимодействии кориума с теплоносителем в ходе тяжёлых аварий на АЭС

                  

                  Математическое моделирование процессов взаимодействия высокотемпературного расплава с охладителем в ходе тяжелой аварии на АЭС с водоохлаждаемой реакторной установкойДавыдов, Михаил Валерьевич

                  

                  Выход радиоактивных материалов из расплава активной зоны при тяжелой аварии АЭСВитоль Сергей Александрович

                  Моделирование процессов тепло-и-массообмена при взаимодействии расплава активной зоны ядерного реактора с бетоном в случае тяжелой аварии на АЭС с ВВЭРПетухов, Сергей Михайлович

                  Методы снижения облучения строителлей при ликвидации крупных аварий на АЭСБеляев, Игорь Аркадьевич

                  Методы снижения дозы облучения строителей при диквидации крупных аварий на АЭСБеляев, Игорь Аркадьевич

                  

                  Разработка методики расчета теплообмена в задаче локализации расплава активной зоны ВВЭР в подреакторной ловушке при тяжелой аварии на АЭСЧинь Кыонг

                  

                  Моделирование парового взрыва при тяжелой аварии на АЭС с корпусным реактором с водой под давлением Соколин Алексей Владимирович

                  Разработка, верификация, применение программных средств расчётного анализа поздней стадии тяжёлой аварии на АЭС с ВВЭРФилиппов, Александр Сергеевич

                  Модель оценки радионуклидов йода в выбросах при тяжелых авариях на АЭС с ВВЭР и её реализация в интегральном кодеЛебедев, Леонид Эдуардович

                  Расчетное исследование распространения пароводовоздушной смеси в помещениях первых очередей Курской и Чернобыльской АЭС при авариях с потерей теплоносителяКривицкий, Анатолий Семенович