Федеральное агентство по атомной энергии

1. Федеральное агентство по атомной энергии ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени А.И.Лейпунского «Анализ пространственных эффектов при распространении водорода в объеме контейнмента» А.Д. Ефанов, Н.М. Витушкина, А.А. Лукьянов, А.А. Зайцев 5-й международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР

2. Область применения- обоснование водородной безопасности в замкнутом объеме защитной оболочки при аварии с течью теплоносителя 1-го контура на АЭС с ВВЭР Принципиальная схема АЭС с ВВЭР-1000 Процессы: конвективное течение парогазовых смесей с тепловыделением в объеме; поверхностная и объемная конденсация водяного пара; распространение пара и водородосодержащих смесей.

3. Для аварии с течью теплоносителя 1-го контура на АЭС с ВВЭР Характер процессов: нестационарный; дозвуковой Среда: однофазная; многокомпонентная Особенности: -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. Требования к коду: необходимая степень детализации расчетных областейи протекающих процессов.

4. Основные уравнениямодели сжимаемого газа • уравнение состояния газа • уравнение сохранения импульса • уравнение неразрывности

5. Основные уравнения модели сжимаемого газа • уравнение энергии для газовой смеси • уравнение переноса газовых компонентов для • массовых концентраций

6. Модель поверхностной конденсации Массовый поток пара (*) - теплота парообразования; - перепад температур на пленке конденсата. - теплопроводность и толщина пленки конденсата; Распределение парциального давления пара Плотность пара в пограничном слое Изменение плотности пара в пограничном слое при конденсации перегретого пара в объеме 1 – распределение (***) 2 – линия насыщения

7. Метод решения Приводя уравнение неразрывности к виду: где - выражение, определяемое через диффузионные члены уравнения переноса, можно использовать алгоритмы решения, разработанные для моделей течения несжимаемой среды Для решения уравнений переноса импульса и неразрывностииспользуется следующая итерационная процедура (явная схема),здесь m- номер итерации: где: > 0 - итерационный параметр, - шаг по времени, n- номер временного слоя

8. Верификация модели сжимаемого газаМеждународная стандартная задача ISP-47 Установка THAI, объем 60м3 Контейнмент установки THAI Трехмерная нодализация установки THAI(22х66х10=14500)

9. Верификация модели сжимаемого газаМеждународная стандартная задача ISP-47 Результаты расчетов, установка ThAI в) выгородка, h=4,6 м г) h=7,7 м а) модель установки б) нижний коллектор, h=1,7 м 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%,

10. Верификация модели сжимаемого газа Международная стандартная задача ISP-47 б)Эволюция во времени расчетной концентрации гелия над кольцевым зазором модели установки THAI а) Эволюция во времени расчетной концентрации гелия в верхней части модели установки THAI в)Эволюция во времени расчетной концентрации гелия в нижней части модели установки THAI г)Распределение по высоте расчетной концентрации гелия для r = 1.05 м в модели установки THAI

11. Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство расчетная область (20х34х9=6120) Заполнение водородосодержащей смесью подкупольной области

12. Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство Эволюция среднего давления 1 вариант – без учета конденсации пара на стенках, 2 вариант – с учетом конденсации. Эволюция удельного потока конденсата Эволюция слива конденсата

13. Моделирование аварии с выбросом водорода в подкупольное пространство Отклонение доли объема, занимаемого процессом дефлаграции, для разных нодализационных схем (6120 и 153 000 контрольных объемов) Динамика движения точки по зонам с разными концентрациями пара, воздуха и водорода

14. 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.