01 研究背景

當反應堆處于停堆、換料停堆或者正常運行狀態，稀釋一回路時，通過上充管線將清水注入一回路。稀釋時由于廠外電喪失等事故導致主泵停運，上充泵在應急柴油機啟動后自動投入運行，將容控箱內的清水注入一回路。若自然循環不夠，則注入的低溫清水就會在上充管線進入一回路的入口處形成水塞。另外，由于主泵軸封注水的注入，也會在主泵殼內積聚清水，此時如果電源恢復，主泵重新啟動就會將這些清水推入堆芯，從而引入正反應性，產生堆芯超臨界風險，導致非均勻硼稀釋事故。

此算例的目的在于, 通過code_saturne模擬一回路出現硼稀釋事故時，堆芯內硼濃度的空間分布情況，計算得到堆芯入口最低硼濃度，并與JULIETTE 試驗結果對比驗證。

02 實際試驗介紹

JULIETTE 試驗臺架是由AREVA公司搭建的1/5尺寸EPR實體模型，試驗堆芯包括4個冷段、下降段、分流裝置、堆芯下支撐板等結構，如下圖所示。

硼酸溶解度隨溫度變化，試驗過程中通過測量溫度來間接測量硼酸濃度。在堆芯入口，下降段，和冷段共設置了130個熱電偶來測量溫度。熱電偶分布情況如下圖所示：

試驗步驟

1)在兩個相近閥門間產生水塞；
2)使用熱流體箱對水塞進行加熱；
3)向流體中加入鹽來調節流體的密度；
4)當開啟閥門時，泵隨之啟動；
5)與此同時，開啟數據采集系統；
6)當水塞完全通過堆芯后，數據采集結束。

03 模擬介紹

網格劃分

整體網格由7個部分組成，共約150萬六邊形網格：

邊界條件

對于受水塞影響的冷段，根據試驗數據設置流速和硼酸濃度邊界條件；對于不受水塞影響的冷段，流速設置為0。堆芯出口設置為自由流出邊界條件，其他壁面設置為光滑固壁邊界條件。此外，時間步長設置為1.5ms，物性參數不考慮溫度影響均設為常數，采用多種湍流模型進行結果對比。

04 模擬結果

1.下面是水塞進入堆芯時的無量綱溫度分布圖：

2.下圖為不同湍流模型下（k-ε PL, k-w SST, RSM SSG）計算得到堆芯入口處無量綱溫度分布：

3.下圖為使用其他湍流模型下（RSM SSG –SGDH，RSM SSG –GGDH，RSM SSG –AFM）計算得到堆芯入口處無量綱溫度分布：

4.下圖為網格敏感性測試，如圖所示，下面所有網格都可以正確的計算出最低溫度，隨著最低溫度一同出現的暫時變化與定位格架的存在有關：

5.下圖為試驗結果與模擬結果的對比圖:

05 研究結論

使用code_saturne對壓水堆一回路中硼濃度瞬態稀釋過程的計算驗證:

1.code_satrune 可以得到與實際試驗非常接近的數據；

2.高精度湍流模型對水塞混合實驗的模擬更加準確；

3. 與RSM SSG和k-epsion PL湍流模型相比，k-omega SST模型計算得到的結果與實驗值更符合；

4. 隨著最低溫度一同出現的暫時變化與定位格架的存在有關。然而，高雷諾數的網格已經足夠去正確的模擬出最低溫度以及最低溫度在出口處的分布。

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