3. Краткое описание кода relap5 mod 3.2
3.1. Введение
Теплогидравлический код улучшенной оценки RELAP5/MOD3.2 разработан в США, в Национальной Технической Лаборатории штата Айдахо (IdahoNationalEngineeringLaboratory,INEL) и предназначен для моделирования следующих аварийных и переходных режимов ЯЭУ с водоохлаждаемыми реакторами:
а) потеря теплоносителя, потеря питательной воды, разрыв паропроводов, разрыв трубок парогенератора;
б) переходные режимы, не связанные с разгерметизацией контура.
Область применения данного кода ограничена расчетами аварийных режимов без разрушения активной зоны.
Код RELAP5/MOD3.2 аттестован ГАН РФ применительно к теплогидравлическим расчетам стационарных, переходных и аварийных режимов реакторных установок с водяным теплоносителем типа ВВЭР.
В пособии рассмотрены общие вопросы использования кода RELAP5. Более подробную информацию можно найти в [1,2].
3.2. Гидродинамическая модель кода relap
Код RELAP5/MOD3.2 основан на одномерной, двухжидкостной модели пароводяной смеси. В модели рассматриваются фазы пара и воды. Понятие двухжидкостная модель подразумевает, что для каждой фазы, как для отдельной жидкости, записывается уравнение неразрывности, уравнение сохранения импульса, уравнение сохранения энергии. Каждая фаза имеет собственную скорость и температуру, то есть, в общем случае, пар и жидкость не находятся в механическом и термическом равновесии друг с другом
В дополнение к базовой двухжидкостной модели RELAPтакже позволяет описывать поведение неконденсирующихся газов в паре, при этом считается, что неконденсирующийся газ находится в термическом и механическом равновесии с паром, то есть температура и скорость неконденсирующегося газа равны температуре и скорости пара. Гидродинамическая модельRELAPпозволяет описывать транспорт бора жидкой фазой, при этом считается, что бор находится в механическом равновесии с жидкой фазой.
В численной схеме кода RELAP, как и в других подобных кодах, напримерCATHARE, КОРСАР используется «шахматная» сетка, в которой значения скалярных переменных, таких как давлениеP, объемное паросодержаниеαg (доля объема, которую занимает пар в данной ячейке),внутренняя энергия водыUf, внутренняя энергия параUgопределяется в центре контрольных объемов (ячеек), а векторные переменные, такие как скорость водыVf , скорость параVg определяются на грани контрольных объемов (см. рис. 3.1)
Рис. 3.1 Шахматная сетка
Система уравнений решается численно, с использованием частично неявного конечноразностного метода.
3.3. Замыкающие соотношения и специальные модели
Код RELAP, в основном, используется для моделирования течения двухфазной среды. В ходе аварийного процесса в компонентах АЭС, могут наблюдаться самые различные режимы течения пароводяной смеси. В ходе расчета аварийного режима теплогидравлический код «диагностирует», какой режим течения наблюдается в том или ином контрольном объеме, основываясь на текущих значениях теплогидравлических переменных. Например, в зависимости от текущих значений объемного паросодержания и температур фаз в соответствии с соотношениями, запрограммированными в код, код «диагностирует» в данном контрольном объеме пузырьковый режим течения, то есть код использует формулы пузырькового режима течения для межфазного трения, трения со стенкой, межфазного теплообмена. В другой момент времени, в том же контрольном объеме, при других значениях паросодержания, температур код может «диагностировать» дисперсно-кольцевой режим течения и использовать при решении уравнений формулы дисперсно-кольцевого режима течения. В кодеRELAP, как и в другие подобных теплогидравлических кодах, используется карта режимов течения, в соответствии с которой определяются границы существования того или иного режима течения в зависимости от значения теплогидравлических переменных и других параметров расчетной ячейки.
В код RELAPзапрограммированы карты режимов вертикального и горизонтального течения двухфазного потока. В карте режимов вертикального течения представлены, в частности, следующие режимы:
1) пузырьковый;
2) снарядный;
3) дисперсно-кольцевой
4) дисперсный.
В карте режимов горизонтального течения в дополнении к указанным режимам рассматривается также режим стратифицированного течения.
Кроме карты режимов, в коде RELAPиспользуются специальные математические модели для описания процессов, наблюдающихся в аварийных режимах, например, модель критического истечения теплоносителя.
Мощность реактора в коде RELAPрассчитывается на базе точечной модели нейтронной кинетики с шестью группами запаздывающих нейтронов. Возможен учет остаточного энерговыделения. Нейтронно-физические константы либо задаются в исходных данных, либо используется стандартный набор величин внутри программы. Величина введенной реактивности определяется положением стержней СУЗ в активной зоне реактора.