РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной.

Презентация:



Advertisements
Похожие презентации
5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая-1 июня 2007 г., Подольск, Россия ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Разработка.
Advertisements

1 1 Украина, Киев, 15 сентября 2010 г. А. А. Тузов, ОАО «ТВЭЛ» Тепловыделяющие элементы ВВЭР-1000: развитие конструкции, топливных композиций и конструкционных.
Системы безопасности АЭС с реактором ВВЭР-1000 Сергей Александрович Беляев Томский политехнический университет Теплоэнергетический факультет Кафедра Атомных.
1. Определить последовательность проезда перекрестка
1 Реакторы, охлаждаемые водой сверхкритического давления при двухходовой схеме движения теплоносителя Ю.Д. Баранаев, А.П. Глебов, А.В. Клушин, В.Я. Козлов.
Сравнение теплогидравлических характеристик ТВС реакторов типа ВВЭР и PWR на основе экспериментов В.В.Большаков, Л.Л.Кобзарь, Ю.М.Семченков РНЦ «Курчатовский.
ОКБМ 1 28 января 2011г. ОАО «ОКБМ АФРИКАНТОВ» Директор ОАО «ОКБМ АФРИКАНТОВ» Зверев Дмитрий Леонидович Внедрение суперкомпьютерных технологий в новых проектах.
1 РОЛЬ МОДЕЛИ ГАЗОВОГО ЗАЗОРА ТВЭЛА В СОПРЯЖЕННЫХ НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ И ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ ДИНАМИКИ ВВЭР В.Г.Артемов, Ю.А.Мигров, В.И.Гусев,
1 Статистические оценки нейтронно-физических и теплофизических параметров топливных сборок реакторов ВВЭР А. А. Рыжов, Д. А. Олексюк, А. А. Пинегин НИЦ.
Газоохлаждаемый реактор с высоким коэффициентом полезного действия Котов В. М., Зеленский Д.И. (1) ИАЭ НЯЦ РК, г. Курчатов, ВКО Республика Казахстан. (2)
1 ФГУП «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.П. Александрова» Ю.В. ЮДОВ DIRECT NUMERICAL SIMULATION DNS 5-я международная научно-техническая.
3 Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при постоянных и переменных напряжениях и токах.
Разработка расчетной модели для исследования перемешивания потоков с различной концентрацией бора на модели реактора ВВЭР-1000 с использованием программного.
Верификация модели перемешивания теплоносителя в корпусе реактора по результатам экспериментов на 4-х петлевом стенде ФГУП ОКБ Гидропресс Подольск, 2007.
1 3 «Редуцированные схемы» 1) CH 4 + 3/2O 2 CO + 2H 2 ODPW CO + ½O 2 CO 2 2) CH 4 + ½O 2 CO + 2H 2 ONMHR CO + ½O 2 CO 2 CO 2 CO + ½O 2 N 2 + O 2 2NO N.
Методы оценки времени отклика задач в двухъядерных системах реального времени СоискательГуцалов Н.В. Научный руководитель д.т.н., профессор Никифоров В.В.
Опыт промышленной эксплуатации ТВСА с улучшенным контролем температуры теплоносителя на выходе из сборок в составе активных зон Калининской АЭС В.И. Пахолков,

5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая-1 июня 2007 г., Подольск, Россия ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС» «Задачи.
Верификация кода КОРСАР с учетом поведения неконденсирующихся газов в теплоносителе на основе интегральных экспериментов А.Н. Гудошников, Ю.А. Мигров,
Транксрипт:

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем безопасного развития атомной энергетики RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES Nuclear Safety Institute (IBRAE) RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES Nuclear Safety Institute (IBRAE) 1 Разработка интегрированной системы кодов для анализа и обоснования безопасности быстрых реакторов В.Н. Семенов МИФИ,

2 ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «ЯДЕРНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ» НА ГОДЫ» Основной целью Программы является «создание новой технологической платформы ядерной энергетики на базе замкнутого ядерного топливного цикла с быстрыми ректорами для атомных электростанций, обеспечивающей потребности страны в энергоресурсах и повышение эффективности использования природного урана и отработавшего ядерного топлива»

3 Реакторы на быстрых нейтронах Ключевые характеристики быстрых реакторов Большее число избыточных нейтронов и возможность расширенного воспроизводства топлива Вовлечение в топливный цикл U238 – замкнутый топливный цикл, снятие ресурсных ограничений Снижение токсичности и объема изолируемых отходов – радиационно-эквивалентное захоронение Высокая безопасность – концепция естественной безопасности

4 ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «ЯДЕРНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ» НА ГОДЫ» ФЦП предусматривает разработку трех технологий быстрых реакторов : реактор со свинцовым теплоносителем (БРЕСТ) P=300 Mw, Q 1, крупномасштабная энергетика, внутренняя безопасность реактор со свинцово-висмутовым теплоносителем СВБР-100 P=100 Mw, Q 1, региональная энергетика реактор с натриевым теплоносителем БН P=1200 Mw, Q1, крупномасштабная энергетика, бридинг

5 Характеристики быстрых реакторов с точки зрения безопасности Преимущества Нет высокого давления в первом контуре Невозможны аварии с потерей теплоносителя Нет источников водорода в реакторном блоке Нет проблемы водородной безопасности Низкий запас реактивности на выгорание Нет возможности кризиса теплообмена – для тяжелого теплоносителя. Недостатки Возможность натриевого пожара и взаимодействия натрия с водой – для РУ БН Водород помещении парогенераторов Коррозионная активность тяжелого теплоносителя

6 Разработка интегрированной системы кодов ФЦП предусматривает в качестве обеспечивающей подпрограммы Разработка интегрированных систем кодов нового поколения для анализа и обоснования безопасности перспективных атомных электростанций Система кодов: Открыта и доступна для использования всеми заинтересованными организациями, в том числе, надзорными органами Единая система с общей системной оболочкой и интерфейсом и тремя опциями, соответствующими трем типам РУ, разрабатываемым в рамках ФЦП (БН-К, СВБР-100, БРЕСТ)

Необходимость разработки расчетных кодов Обеспечение высокого уровня экономической эффективности, конкурентоспособности отечественных БР за счет оптимизации проектных решений и обоснование безопасности отвечающего современному международному уровню Обеспечение соответствие современным подходам к разработке расчетных кодов нового поколения с использованием современных компьютерных технологий (архитектура, параллельные вычисления, суперкомпьютеры) Обеспечение независимости от западных разработчиков кодов Сохранение уникального интеллектуального потенциала и накопленной в России базы знаний и экспериментального опыта по физике быстрых реакторов 7

8 Состояние развития кодов для БР Разработаны зарубежные сквозные коды для анализа безопасности БР SAS4A (США) SIMMER (Франция, Япония, Германия) Отечественные разработки сосредоточены в нескольких организациях ФЭИ (TRIGEX, DINROS, TWOCOM, GRIF, GRIF-SM, BOS-TWC, COREMELT, INTERACT, ANPEX, BRUT, ACME, KONDOR, BOX, LLEAK и др ) ОКБМ (DIN800, Динамика 3, TANDEM, BURAN ) НИКИЭТ ( DINA, MAUNT-BR, МОНСТР, FACT-BR, DINBREST ) ОКБ Гидропресс (Реактор-ГП, TRIANA-6, Стат-ПГ) ИБРАЭ (JOKER, СОКРАТ, SFPR, RELEASE и др.) 8

9 Состояние развития кодов для БР в России Отечественные разработки по уровню моделирования в целом не уступают, а в чем-то превосходят зарубежные аналоги Эти разработки выполнены в разное время, разными коллективами в разных организациях и не объединены в единую интегральную систему кодов для сквозного моделирования всех процессов и элементов АЭС Отсутствует отчуждаемый от разработчика инструментарий, который мог бы независимо использоваться разными организациями, в том числе надзорными органами, для анализа и обоснования безопасности АЭС с быстрыми реакторами 9

Расчетные коды для водо-водяных реакторов. Сквозной интегральный код СОКРАТ Задачи: Анализ и обоснование безопасности АЭС с РУ ВВЭР от исходного события до оценки риска для населения Оптимизация конструкции Кооперация: ИБРАЭ РНЦ «Курчатовский институт» ВНИИЭФ СПбАЭП, АЭП, ННАЭП ЭНИЦ, ФЭИ, ИТ СО РАН ОКБ ГП, ОКБМ НПО ЛУЧ, НИИАР, ВНИИНМ, НИТИ 10

Код СОКРАТ – базовые принципы Использование подходов «из первых принципов» Современная технология интеграции моделей и кодов Универсальность моделей Выполнение полного комплекса работ «под ключ»: разработка физических моделей интеграция в программный комплекс анализ экспериментов верификация разработка и отладка моделей АЭС и РУ подготовка кадров Применимость к различным типам АЭС и РУ Испытания на установке ПАРАМЕТР (НПО ЛУЧ, ОКБ ГП, ВНИИНМ, ИБРАЭ РАН 11

Применения расчетного кода СОКРАТ Анализ эффективности работы пассивных систем безопасности ЛАЭС-2 и НВАЭС-2 для выбора их конструктивных параметров Анализ аварийных последовательностей для обоснования безопасности АЭС-2006 и для получения исходных данных для проектирования устройства локализации расплава (УЛР) и системы обеспечения водородной безопасности в ЗО Оценка выходов массы, энергии и водорода для определяющего сценария тяжелой аварии РУ В- 213 при обоснования водородной безопасности 3 и 4 блок Кольской АЭС Расчеты по выбору оборудования при проектировании стендов в поддержку обоснования пассивных систем безопасности ЛАЭС-2 Для подготовки ТОБов для АЭС в Китае, Индии, ЛАЭС-2, НВАЭС-2, РУ малой энергетики КЛТ- 40С Модель ВВЭР АЭС с РУ КЛТ-40С 12

13 Перечень критических явлений, важных для безопасности для разных типов РБН Естественная циркуляция и теплоотдача при ЕЦ во всех контурах. Кипение теплоносителя и двухфазный теплообмен. Кризис теплоотдачи (для РУ БН) Плавление оболочек твэлов и топлива, перемещение расплавленных материалов АЗ, фрагментация топлива (для РУ БН) Взаимодействие топлива с теплоносителем при повреждении твэлов Поведение паровых и газовых (Ar+H2) пузырей в тяжелом теплоносителе (для РУ СВБР, БРЕСТ) Эрозия, коррозия, массоперенос, физико-химические взаимодействие теплоносителя с оболочками и конструктивными элементами (для РУ СВБР, БРЕСТ) Перенос продуктов деления и коррозии с контурах и газовой системе.

14 Перечень исходных событий для анализа запроектных аварий для РУ БН Потеря системного электроснабжения с отказом аварийной защиты реактора Полная потеря системного и надежного электроснабжения (АЗ срабатывает, САРХ ВТО не функционирует) Разгерметизация полным сечением натриевых трубопроводов II контура Взаимодействие натрия с водой в боксе парогенератора Полная потеря системного и автономного электроснабжения с отказом аварийной защиты реактора (объединенная авария 1 и 2) Разгерметизация основного и страховочного корпусов реактора и пожар в шахте реактора Попадание в натрий I контура значительных количеств водорода или углеродосодержащих веществ (из маслосистемы ГЦН I контура, внутрикорпусной защиты...) Пожар с поражением систем контроля и энергоснабжения

15 Перечень исходных событий для анализа запроектных аварий для РУ СВБР-100 Полная потеря системного и надежного электроснабжения на 48 часов Потеря системного электроснабжения с отказом аварийной защиты реактора на 48 часов Множественные разрывы теплообменных трубок в модуле парогенератора Множественные разрывы теплообменных трубок с разгерметизацией газовой системы 1 контура. Частичная блокировка проходного сечения в активной зоне. Блокировка проходного сечения каналов охлаждения внутрикрпусной радиационной защиты.

16 Состав интегралного кода для сквознных расчетов динамических режимов Нейтронно-физический модуль. Теплогидравлический модуль. Термомеханический модуль. Модуль поведения продуктов деления в топливе. Модуль взаимодействия теплоносителя с топливом и материалами АЗ. Модуль миграции ПД в первом контуре, газовой подушке и системе вентиляции. Модуль описания поведения натрия при проливах из натриевых контуров, в частности генерации и эволюции натриевых аэрозолей в помещениях и в атмосфере. Модуль расчёта взаимодействия натрия с водой и паром в парогенераторах. Модуль по расчету прочности конструкций. Модуль оценки радиационной обстановки за пределами станции (включая физику натриевых аэрозолей). Модуль поведения параметров турбоустановки и другого оборудования водяного контура. Модуль управления.

17 Соисполнители программы по кодам Исполнители: ИБРАЭ РАН ГНЦ ФЭИ им. А.И.Лейпунского ОАО ОКБ «Гидропресс» ОАО НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля ОАО «ОКБМ Африкантов» Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Институт прикладной математики РАН МГУ им. М.В.Ломоносова

18 Разрабатываемые компоненты интегрированной системы кодов Тяжелоаварийный код COREMELT-ГЕФЕСТ многожидкостная многокомпонентная теплогидравлика (ФЭИ) + нестационарная диффузионная пространственная кинетика(ИБРАЭ). Новое качество – применение пространственной кинетики при описании перемещения материалов а.з. Интегральный сквозной код СОКРАТ-БН (2-фазная теплогидравлика + точечная кинетика + термомеханика +оборудование станции (ИБРАЭ)) Новое качество покассетный совместный расчет теплогидравлики и нейтроники а.з. MFPR – топливный код для БР. Новое качество – механистический подход к описанию миграции ПД.

19 Структура единичного канала в коде COREMELT-K Структурные элементы: p, w - целые элементы конструкции активной зоны (топливные сердечники, оболочки твэлов, чехлы ТВС), wd1– затвердевшая сталь на чехле ТВС, wd2 – затвердевшее топливо на чехле ТВС, d11 и d22 – затвердевшая сталь и топливо на поверхности оболочек целых твэлов. Компоненты: f – жидкий натрий, g – пар натрия, d1 – расплавленная сталь или частички стали, d2 – расплавленное топливо или частички топлива. Фазовые переходы: M/F - плавление-затвердевание; V/C -парообразование-конденсация. – относительная площадь проходного сечения движущихся компонент; (1- ) – относительная площадь структуры

20 Интегральный расчетный код для обоснования безопасности РУ БН: СОКРАТ-БН Теплогидравлика жидкого натрия Системная теплогидравлика к канальном приближении Двухфазное течение теплоносителя с учетом кипения Теплообмен в активной зоне в двухфазной области Теплообмен между натриевыми и водяными контурами Нейтронная физика Нейтронная кинетика в точечном приближении Нестационарная диффузионная пространственная кинетика (ГЕФЕСТ) Топливо и твэльная термомеханика Код «СВЕЧА», модули MFPR и SFPR.

21 Расчетный модуль описания поведения ПД в топливе MFPR Топливный модуль MFPR включает 4 крупных блока моделей: Транспорт газовых ПД и пузырей Транспорт химически активных ПД Окисление/испарение топлива в атмосфере пар/водород/воздух Транспорт радиоактивных ПД (> 240 нуклидов) Эволюция дефектной микроструктуры что позволяет самосогласованно и механистически описывать поведение топлива в различных режимах облучения

22 Тестирование связного кода СОКРАТ-БН Высотные профили температуры натрия, внутренней поверхности оболочки, внешней поверхности топливной таблетки, центра топливной таблетки. Расчет по коду СОКРАТ

23 Расчет начальной стадии аварии ULOF БН-600 по коду COREMELT-ГЕФЕСТ

24 Расчет начальной стадии аварии ULOF БН-600 по коду COREMELT-ГЕФЕСТ

25 Расчет начальной стадии аварии ULOF БН-600 по коду COREMELT-ГЕФЕСТ Высотное распределение средней температуры стали оболочек в разных гидравлических каналах в момент времени 20 сек.

26 Тестирование работы модернизированного топливного кода Сравнение расчетных радиальных распределений температуры топливного сердечника после выхода на режим для трех координат АЗ

27 Тестирование работы модернизированного топливного кода Расчетная эволюция (SFPR) средних по толщине оболочки напряжений Расчетная поврежденность оболочек, обусловленная пребыванием под нагрузкой при высокой температуре

Фрагменты матриц верификации кода Сократ в части теплогидравлических процессов при запроектных авариях на АЭС ВВЭР-1000 Для малых течей Экспериментальная база РНЦ КИ, ЭНИЦ, НИТИ, ЦКТИ, НПО «Луч», НИИАР и др., а также научных центров Франции, Германии, США и др. Для больших течей 28

29 Эксперимент с подогревом и кипением натриевого потока (H. M. Kottowski et al 1984, ISPRA). Схема эксперимента ISPRA Верификация теплогидравлических кодов (CОКРАТ, COREMELT)

30 Верификация новой версии СОКРАТ-БН: ISPRA эксперимент с кипением натрия

31 Верификация новой версии СОКРАТ-БН: ISPRA эксперимент с кипением натрия

32 Верификация новой версии СОКРАТ-БН: Эксперимент Takahashi K., Fujii-E Y., Suita T, Япония Перепады давления при кипении: p3 -между входом в экспериментальный участок и серединой первого канала, p2-между входом и серединой второго канала, p1-между входом и входом в третий канал Cлева – расчет СОГРАТ, справа - эксперимент

33 Кросс-верификация теплогидравлических кодов (эксперимент ISPRA ) Высотные распределения температуры натрия и стенки трубы по кодам СОКРАТ-БН и COREMELT

34 Верификация новой версии СОКРАТ-БН: Эксперимент Зейгарника с кипением натрия Перепад давления вдоль канала

35 Схема эксперимента льной петли. Схема расчетной области Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

36 Экспериментальные данные: мощность, входная и выходная скорости и температура Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

37 Расчет: давление в накопитель ном баке Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

38 Расчет: Расход теплоноси теля на входе в сборку Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

39 Расчет: Расход теплоноси теля на выходе из сборки Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

40 Расчет: Температура чехла ТВС на верхнем уровне обогреваемог о участка Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT

41 Верификация кода COREMELT. Эксперимент по разрушению сборки на реакторе TREAT топливо Сталь оболочки ТВЭЛа Корка стали на оболочке Корка топлива на оболочке Расплавленное топливо Расплавленная сталь оболочки Пар натрия Жидкий натрий Корка топлива на чехле Корка стали на чехле Разрушенный чехол сборки Поля концентраций компонент внутри экспериментальной сборки в разные моменты времени

42 ВЕРИФИКАЦИЯ КОДА SFPR: Теплопроводность облученного UO 2 топлива реакторов ВВЭР (НИИАР) Сравнение расчетной и измеряемой температуры в центре топливной таблетки с выгоранием 60 Мвт*сут/кг Эксперимент: Однородный разогрев образцов до тестовой температуры; Импульсный разогрев оболочки электрическим током; Измерение температурного отклика на внутренней поверхности UO 2 таблетки

43 ВЕРИФИКАЦИЯ КОДА SFPR:Выход ГПД из топлива в реакторных экспериментах SILOE (CEA & EdF, France) Выход Хе из таблетки UO 2 топлива рассчитанный для условий эксперимента «CONTACT 1» в зависимости от выгорания при постоянной температуре (в центре таблетки – 1747К, на наружной поверхности таблетки – 875К) CONTACT1 test PWR pellet diameter: 8.19 mm; Pellet density: 95% TD; Grain diameter: 10 μm; System pressure: 13 MPa; Linear power: 40 kW/m; Fission rate: m -3 s -1 Данные Westinghouse (для сравнения)

44 Непредусмотренное извлечение стержня РС из активной зоны Относительное изменение аксиального распределения энерговыделений в ТВС при подъёме РС Аксиальная координата(сечение ТВС) Относительное изменение мощности,% Время = 16.2 с Врем я, с Мощност ь Расхо д Относительн ые единицы Моделирование аварийных режимов. Анализ нарушений нормальной эксплуатации

45 Изменение параметров ТВС ЗМО Изменение параметров ТВС ЗБО Высота, м Тангенциальные напряжения, МПа Коэффициент теплопередачи топливо-оболочка твэл, кВт/м 2 К Тангенциальные напряжения, МПа Время: Коэффициент теплопередачи топливо-оболочка твэл, кВт/м 2 К Несанкционированное извлечение РС из активной зоны Моделирование аварийных режимов. Анализ нарушений нормальной эксплуатации

46 j i Установившиеся поля приращений температуры натрия в горизонтальных сечениях верхней камеры при блокаде части проходного сечения ТВС с координатами (ib=60, jb=10) а) уровень верхней части головок ТВС (H=0) б) уровень расположения термопар терморешетки (H=100мм) в) сечение H=300мм г) сечение H=500мм а б вг Моделирование аварийных режимов. К анализу проектной аварии

47 Поле концентраций источников наиболее долгоживущей группы 6 (1/λm,=74.85сек) в горизонтальном сечении k=21, (ib=45, jb=9) =20с =4с =2с =8с Моделирование аварийных режимов. К анализу проектной аварии и

48 Карта расчетной области, моделирующей первый контур БН-600 Моделирование тяжелой аварии ULOF на реакторе БН-600 (код COREMELT)

49 Временной ход реактивности Моделирование аварии ULOF на реакторе БН- 600 (код COREMELT)

50 Временной ход относительной мощности Моделирование аварии ULOF на реакторе БН- 600 (код COREMELT)

51 Моделирование аварии ULOF на реакторе БН- 600 (код COREMELT) топливо расплавленное топливо корка топлива на чехле корка топлива на твэлах корка стали на твэлах Расплавленная сталь стальная корка на чехле корка на целых твэлах жидкий натрий пар натрия Конечная структура активной зоны

52 Основные тенденции в развитии расчетных кодов: коды нового поколения Связанные самосогласованные физические модели (мультифизичность) Современная архитектура расчетных кодов 3D расчеты: CFD методы для течений, прецизионные нейтронные расчеты, термомеханика – минимум эмпиризма Параллельные вычисления, суперкомпьютеры (ВНИИЭФ, МГУ, ANL) Визуализация системы ввода вывода информации, результатов расчета

53 Разработка CFD кодов в ИБРАЭ Коммерческие CFD коды (FLUENT, STAR-CD) Собственные разработки: - CONV-3D - КАБАРЕ оба кода - прецизионные, с очень малой численной диффузией, приспособленные для моделирования турбулентности разные модели турбулентности (RANS, LES, DNS) Верифицированы в широком диапазоне параметров Приспособлены для параллельных вычислений -независимость от иностранных разработчиков -отсутствие лицензионных ограничений -свобода использования любых физических моделей

54 Subchannel Models Multi-Resolution Thermal Hydraulic Simulation Hierarchy (ANL approach) Boundary Conditions Modeling Parameters Reynolds Averaged Navier Stokes Boundary Conditions Modeling Parameters Large Eddy Simulation Boundary Conditions Modeling Parameters Direct Numerical Simulation Increasing Resolution Increasing Domain Size Multi-scale resolution in CFD modeling Subchannel (lumped parameters) models) Quick computation for engineering estimations. CFD methods RANS/LES/DNS Precision calculation Hierarchy of multi-scale modeling includes: DNS (Direct Numerical Simulation) millions elements LES (Large Eddy Simulation) ~ millions elements RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) 20,000 millions elements subchannel models

55 Валидация кодов в диапазоне параметров теплогидравлики в ТВЭС, АЗ, ТВЭЛах, Re= Конвекция в полости с подвижной верхней крышкой NRS program Best Practice Guidelines (BPG) test 3d convection in a lid-driven cavity flow Течение с обратным уступом ERCOFTAC test case Backward-Facing Step (BFS) flow ERCOFTAC Workgroups on multiphase flows: experiments and simulation, ETH Zürich, Switzerland, 2003 Полностью турбулентное течение в круглой трубе при высоких числах Re ERCOFTAC-IAHR test case f ull turbulent flow of water in a round pipe over the Reynolds number range ERCOFTAC/IAHR/COST WORKSHOP ON REFINED TURBULENCE MODELLING OCTOBER 12-13, 2006, TECHNICAL UNIVERSITY OF BERLIN, GERMANY Спонсируемый OECD эталонный CFD пример: тепловая усталость в Т-образном соединении OECD/NEA Sponsored CFD Benchmark Exercise: Thermal Fatigue in a T-Junction Kick-Off Meeting, Paris, FRANCE, 20 May, 2009 Измеряемые в экспериментах величины: - Средние скорости и температура - Среднеквадратичное отклонение (rms) скоростей и температуры - Напряжения Рейнольдса - Спектры Данные величины используются для последующей валидации разрабатываемого программного обеспечения.

56 Твэльный пучок Расчетная ячейка Расчетная область ТВЭЛ Геометрическая модель топливной сборки

57 Расчетные результаты (CONV-3D): вертикальная скорость 333,33 мм

58 температура твэлов и теплоносителя Расчетные результаты (CONV-3D)

59 Модель топливной сборки РУ СВБР-100

60 Результат расчета (CONV-3D, LES ): поле температур топлива и теплоносителя

61 Результат расчета (CONV-3D, LES ): распределение температуры на поверхности твэла

62 Предполагаемые работы по применению CFD методов для обоснования проектов РУ (1/2) Детальный CFD расчет течения натриевого теплоносителя на выходе из хвостовиков кассет и в объеме над активной зоной реактора БН-600 (БН-800). Определение теплового следа, возникающего при снижении расхода (например, из-за частичной блокировки сечения) и увеличении подогрева в одной из кассет. Оценка отклика термопар термометрической решетки на появление горячей струи по сигналу средней температуры и по флуктуациям температуры на разных датчиках. Подготовка исходных данных, построение расчетных сеток, проведение Интегральных расчетов на базе CFD моделирования с использованием кодов ИБРАЭ. Оптимизация конструкции внутрикорпусных устройств

63 Предполагаемые работы по применению CFD методов для обоснования проектов РУ (2/2) Детальный CFD расчет парогенератора РУ СВБР-100 поля скоростей и температур во входных и выходных камерах и межтрубном пространстве по 1 контуру – на основе CFD Двухфазное течение воды-пара в трубках 2 контура – на основе канальной теплогидравлики СОКРАТ Детальный CFD расчет парогенератора РУ БН с учетом состояния воды в 3 контуре Проведение расчетов по обоснованию безопасности БН-1200 с анализом тяжелой аварии ULOF на основе связного кода COREMRLT- ГЕФЕСТ

64 Расчетные линии уровня дозы внешнего облучения от радиоактивного облака через5 часов после начала выброса Анализ последствий запроектной аварии с разрывом вспомогательного трубопровода 1 контура на АЭС с РУ БН-60 0

Применение CFD методов моделирования атмосферного переноса. Представления результатов. Поле концентрации.

66 Заключение Цикл обновления кодов для анализа и обоснования безопасности АЭС составляет лет. Смена поколений кодов вызвана следующими факторами : углублением знаний в результате появления новых данных и моделей; развитием новых вычислительных алгоритмов, технологий и техники; новыми требованиями к разработке проектов и обоснованию их безопасности. За предыдущие 30 лет сменились два поколения кодов от упрощенных инженерных до кодов улучшенной оценки и интегральных сквозных кодов. В ближайшие 10 лет предстоит революционное обновление кодов с переходом к реалистичному моделированию на основе : многофазности; многомерности; самосогласованного описания многообразия физических процессов; новых вычислительных алгоритмов и технологий; кластерных вычислительных систем и суперкомпьютеров максимальной производительности. Разрабатываемая в рамках ФЦП ЯЭНП будет системой нового поколения.