2.2.5 Локальные теплогидравлические параметры и запасы до кризиса теплоотдачи в пучке твэлов
Для наиболее теплонапряженной области активной зоны (наиболее теплонапряженной кассеты) проводится поячеечный расчет локальных теплогидравлических параметров (энтальпии, массовой скорости, теплового потока с поверхности твэла, запаса до кризиса теплоотдачи) по сечению и высоте пучка твэлов.
Выбранная расчетная область в поперечном сечении разбивается на ячейки, по высоте - на расчетные участки. В поперечном сечении используются следующие характерные (типовые) ячейки: регулярные межтвэльные ячейки, ячейки около НК, ячейки в межкассетных зазорах. С учетом возможного искривления ТВС размеры ячеек в межкассетных зазорах и величина энерговыделений в твэлах периферийных рядов принимаются в зависимости от величины межкассетных зазоров.
Рис. 2.1. Схема разбиения сечения кассеты на расчетные ячейки
Расход теплоносителя через пучок твэлов расчетной области и распределение расходов по отдельным ячейкам в пучке твэлов определяются из условия равенства перепадов давления на активной зоне и на пучке твэлов выбранной расчетной области. С этой целью в расчетной схеме параллельно с теплонапряженной ТВС, разбиваемой на ячейки, учитывается остальная часть активной зоны в виде одной укрупненной ячейки со средними параметрами, что обеспечивает возможность учета перераспределения расхода между теплонапряженной ТВС и активной зоной. При этом общий расход теплоносителя для всей расчетной схемы соответствует расходу через активную зону и принимается равным расходу через реактор за вычетом байпасных протечек мимо активной зоны.
Пример разбиения расчетной области на ячейки представлен на рис. 2.1.
Теплогидравлические параметры в ячейках определяются из системы уравнений движения, энергии и неразрывности для потоков теплоносителя в ячейках с учетом эффектов турбулентного перемешивания и поперечных перетоков между ячейками.
По локальным параметрам в каждой расчетной ячейке и на каждом расчетном участке по высоте определяются значения критического теплового потока и отношение критического теплового потока к фактическому локальному тепловому потоку с поверхности твэла.
Надежное охлаждение твэлов считается обеспеченным с вероятностью не менее 95%, если наименьшее значение отношения (называемое коэффициентом запаса до кризиса теплоотдачи) отвечает условию:
(2.1)
где - критический тепловой поток, рассчитанный по локальным теплогидравлическим параметрам теплоносителя в ячейках пучка по соотношению ОКБ «Гидропресс» [3], полученному на основе экспериментальных данных для пучков стержней при режимных и геометрических параметрах активных зон реакторов ВВЭР. Соотношение учитывает влияние неравномерности распределения энерговыделения по высоте пучка, а также влияние дистанционирующих решеток, поскольку экспериментальные данные были получены на пучках со штатными дистанционирующими решетками;
δ - относительная погрешность соотношения [3] при доверительной вероятности не менее 95%;
q - действительный (возможный) локальный тепловой поток с поверхности твэла в расчетной ячейке и расчетной точке по высоте.
При определении коэффициента запаса до кризиса теплоотдачи тепловые потоки с твэла и подогревы теплоносителя в расчетной ячейке рассчитывались в соответствии с распределением энерговыделения по твэлам и по высоте активной зоны и дополнительно увеличивались на величину инженерных коэффициентов запаса по тепловому потоку и по подогреву теплоносителя в ячейке.
Инженерные коэффициенты статистически учитывают различные случайные факторы, которые могут влиять на максимальную величину локального теплового потока и на величину подогрева теплоносителя в ячейке (отклонения в пределах проектных, технологических допусков обогащения, плотности топлива, геометрических характеристик твэла и пучка твэлов, погрешности знания распределения энерговыделения и расхода теплоносителя по кассетам и по ячейкам пучка твэлов).
На основе локальных параметров теплоносителя в пучке твэлов определяются коэффициенты теплоотдачи от твэла к теплоносителю и температура наружной поверхности оболочки твэла, а с учетом теплопроводности оболочки твэла, проводимости газового зазора между оболочкой и топливом и теплопроводности топлива определяется температура в центре топливных сердечников. Рассчитывается также температурный режим работы направляющего канала с ПЭЛ и СВП (температура теплоносителя в НК, температура наружной поверхности ПЭЛ и СВП).
Расчетные параметры наиболее «горячей» ячейки, наиболее теплонапряженных твэлов, ПЭЛ и СВП и коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи при номинальных параметрах РУ и при отклонении параметров в проектных пределах приведены в табл. 2.2 для ВВЭР- 1000 и в табл. 2.4 для ВВЭР-440.
Расчет локальных теплогидравлических характеристик по сечению и высоте пучка твэлов и коэффициента запаса до кризиса теплоотдачи выполняется по программе ПУЧОК-1000, аттестованной ГАН РФ. Основные характеристики программы приведены в подразделе 2.5.3.
2.2.6 Гидравлические нагрузки на кассеты и ВКУ
Перепады давления, вследствие гидравлических потерь на участках внутрикорпусного тракта реактора в стационарном режиме работы, рассчитываются на основе проектных коэффициентов гидравлических сопротивлений, подтвержденных экспериментальными данными на моделях реактора и штатных реакторных установках.
При анализе гидравлических нагрузок на кассету от потока теплоносителя учитывается максимально возможный перепад давления на кассете, соответствующий максимальному проектному расходу теплоносителя через реактор и максимальному значению КГС кассеты с учетом погрешности его знания. Значения КГС кассеты и его погрешность получены по результатам гидравлической проливки на стенде партии штатных кассет. При расчете коэффициента запаса до всплытия кассеты используется минимальная в процессе эксплуатации, с учетом проектного допуска, величина усилия поджатия кассеты пружинным блоком.
Расчетный коэффициент запаса до всплытия кассеты ВВЭР-1000 при нормальных условиях эксплуатации с учетом отклонения частоты до 50,5 Гц составляет не менее 1,4. В режимах ННУЭ с отклонением частоты до 55 Гц гидравлические выталкивающие усилия увеличиваются на 20% по сравнению с номинальным режимом; при этом сохраняется запас до всплытия кассет не менее 1,2. Таким образом, в режимах НУЭ и ННУЭ обеспечивается удержание кассет от всплытия.
Удержание БЗТ и внутрикорпусной шахты от всплытия обеспечивается за счет поджатия их крышкой реактора через трубчатый тороидальный элемент.
В реакторах ВВЭР-440 наибольшие гидравлические нагрузки испытывают тепловыделяющие сборки кассет АРК (кассета аварийной защиты, регулирования и компенсации). Коэффициент запаса до всплытия ТВС кассет АРК определяется для случая расцепления ее с поглощающей надставкой с одновременным наложением обрыва промштанги привода кассет АРК (маловероятного события). Минимальное значение коэффициента запаса до всплытия ТВС кассет АРК в этом случае составляет 1,1, в то время как у рабочих кассет он равен 1,6.
