Обоснование теплогидравлических характеристик ВВЭР - Описание программного комплекса ТРАП

3.11 РАЗВИТИЕ МЕТОДИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ
3.11.1 Описание программного комплекса ТРАП

Программный комплекс ТРАП (Теплогидравлические расчеты аварийных процессов, далее по тексту - комплекс) разработан в ОКБ «Гидропресс» и имеет весьма продолжительную историю создания и применения в проектных расчетах. Методическая основа программ комплекса создавалась в период разработки проектов ВВЭР-440 и первых проектов ВВЭР-1000 и совершенствовалась по мере накопления теоретического и экспериментального материала, представлений о процессах в реакторных установках и роста требований к объему и качеству расчетного обоснования работоспособности и безопасности АЭС. При создании комплекса учитывался опыт его эксплуатации в ОКБ «Гидропресс» и других организациях. В основу совершенствования программ и модулей комплекса заложен принцип преемственности, по которому более поздние модификации обеспечивают реализацию возможностей более ранних.

Назначение и область применения

Комплекс программ теплогидравлических расчетов нестационарных режимов РУ ВВЭР ТРАП предназначен для анализа параметров РУ и теплогидравлической обстановки в активной зоне реактора и в реакторе в режимах с нарушениями в работе оборудования первого, второго контуров и аварийных режимах, включая аварии с потерей теплоносителя.
Комплекс используется при анализе проектных аварий и запроектных аварий при обосновании работоспособности и безопасности
АЭС с ВВЭР и экспериментальных стендов. При анализе запроектных аварий область применимости комплекса ограничивается режимами, связанными с тяжелым повреждением активной зоны.
При создании комплекса ТРАП за основу приняты уравнения сохранения массы, энергии и количества движения теплоносителя, записанные в одномерном приближении. Однако с позиции разработки математических моделей и программ расчета параметров теплоносителя в первом и втором контурах РУ ВВЭР в различных режимах выделены два типа расчетов:

1. расчеты нестационарных эксплуатационных режимов с нарушениями в работе оборудования (обесточивание, заклинивание главных циркуляционных насосов, сброс или резкое увеличение нагрузки турбогенераторов, нарушения в работе систем управления и защиты реактора, компенсатора давления и др.) и аварийных режимов, не связанных с нарушениями герметичности первого контура;
2. расчеты аварийных режимов с течами теплоносителя из первого контура.

В основе данного разделения лежит анализ основных физических явлений, характерных для различных режимов.
Например, для режимов второго типа, особенно на начальной стадии аварии, актуальны явления, обусловленные сжимаемостью теплоносителя и изменением его кинетической энергии. Необходимо учитывать скорость распространения волн давления, ограничение скорости движения теплоносителя скоростью звука в среде. На следующих стадиях становятся также актуальными явления проскальзывания пара, разделения фаз, стратификации теплоносителя и т. д. При расчете режимов первого типа многими эффектами можно пренебречь, что позволяет существенно упростить основную систему уравнений.
Д ля расчетов первого типа предназначена программа ДИНАМИКА, а для расчетов второго типа — программа ТЕЧЬ-М.

В программах комплекса ТРАП, для обеспечения возможности выполнения расчетных анализов в консервативных предположениях, в исходные данные вынесены все основные характеристики оборудования и материалов, включая топливо, и поправочные коэффициенты к используемым корреляциям (коэффициенты теплоотдачи, гидравлического сопротивления трения, расхода при истечении, критические тепловые потоки и др.).

Структурная схема комплекса ТРАП

В структурной схеме комплекса все модули и программы взаимосвязаны. Основные функциональные связи программы ДИНАМИКА и ТЕЧЬ-М с модулями отражены на рис. 3.116.
ДИНАМИКА и ТЕЧЬ-М являются основными программами комплекса, обеспечивающими выполнение его задач. Каждая из этих программ имеет самостоятельное значение, и в комплекс они объединены по двум причинам. Во-первых, в совокупности эти программы обеспечивают возможность расчетного анализа теплогидравлических параметров первого и второго контуров и активной зоны практически во всех проектных режимах при обосновании работоспособности и безопасности РУ ВВЭР. Во-вторых, обе эти программы базируются на единой системе модулей.

Рис. 3.116. Структурная схема комплекса ТРАП
Модули подразделяются на три типа:

1. объектно-ориентированные (объектные) модули. Предназначены для моделирования работы одного или нескольких элементов оборудования;
2. функциональные модули. Обеспечивают моделирование отдельных физических явлений и процессов;
3. сервисные модули.

Наиболее крупным объектным модулем, имеющим и самостоятельное значение, является модуль КАНАЛ. Этот модуль предназначен для расчета теплогидравлической обстановки в активной зоне при известных граничных условиях (давление, удельная энтальпия, концентрация борной кислоты на входе и выходе). Собственно модулем является основная функциональная часть программы КАНАЛ, обеспечивающая расчет параметров в активной зоне на очередном временном слое. Эта часть включена в программы ДИНАМИКА и ТЕЧЬ-М и используется ими в процессе решения общеконтурной задачи.
Самостоятельное значение программа КАНАЛ обретает при анализе теплогидравлической обстановки в отдельных каналах активной зоны, который осуществляется следующим образом. При решении общеконтурных задач по программам ДИНАМИКА и ТЕЧЬ-М производится запись в файл таблиц изменения граничных условий на входе и выходе активной зоны и таблицы изменения мощности реактора. Далее, анализ теплогидравлической обстановки в отдельных каналах (кассетах) активной зоны проводится по программе КАНАЛ с использованием этих таблиц.
Объектными являются также модули НАСОС, САОЗ, ТВЭЛ, осуществляющие расчет на очередном временном слое соответственно:

1. напора и скорости вращения насоса в зависимости от текущего значения расхода, частоты и напряжения электрического тока с использованием четырехквадрантной характеристики;
2. работы гидроемкостей с соединительными трубопроводами и арматурой, различных насосов со своими характеристиками, баков с запасом борированной воды;
3. температурного поля в сечении твэла. Теплопроводность зазора топливо-оболочка рассчитывается с учетом температурного расширения топлива, оболочки и упругой деформации последней. Учитывается развитие реакции окисления циркония при повышении температуры. Явления пластической деформации и нарушения герметичности оболочек твэлов рассчитываются на основании экспериментальных данных и результатов расчетов по специальным программам.

Среди функциональных модулей большое значение имеют:

1. АЛЬФА-2 - модуль расчета коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления трения;
2. МАЗ-1 — решение уравнений нейтронной кинетики реактора в точечном приближении;
3. ВОДА-2 - решение уравнения состояния воды и водяного пара и расчета критических расходов воды и пароводяной смеси методом линейной интерполяции на основании таблиц, записанных на магнитный носитель. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара и таблицы критических расходов воды и пароводяной смеси записываются с помощью сервисного модуля ФОРММЛ, который, в свою очередь, использует модуль СВОЙСТВА — расчет теплофизических свойств воды и водяного пара.

В состав комплекса входят также несколько сервисных модулей, обеспечивающих, например, возможность прекращения расчета и рестарта (модуль ЗАПИСЬ), возможность графической обработки результатов расчетов (модуль KORR). Работа этих модулей на результаты расчетов не влияет.