Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬

模擬硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度的空間分布情況

研究背景


     當(dāng)反應(yīng)堆處于停堆、換料停堆或者正常運行狀態(tài),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(dǎo)致主泵停運,上充泵在應(yīng)急柴油機啟動后自動投入運行,將容控箱內(nèi)的清水注入一回路。若自然循環(huán)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(nèi)積聚清水,此時如果電源恢復(fù),主泵重新啟動就會將這些清水推入堆芯,從而引入正反應(yīng)性,產(chǎn)生堆芯超臨界風(fēng)險,導(dǎo)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(xiàn)硼稀釋事故時,堆芯內(nèi)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(jié)果對比驗證。

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(jié)構(gòu),如下圖所示。

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖1

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(shè)置了130個熱電偶來測量溫度。熱電偶分布情況如下圖所示:

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖2

試驗步驟

1)在兩個相近閥門間產(chǎn)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(diào)節(jié)流體的密度;
4)當(dāng)開啟閥門時,泵隨之啟動;
5)與此同時,開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);
6) 當(dāng)水塞完全通過堆芯后,數(shù)據(jù)采集結(jié)束。

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖3

          

模擬介紹

網(wǎng)格劃分

整體網(wǎng)格由7個部分組成,共約150萬六邊形網(wǎng)格:

       Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖4

邊界條件

對于受水塞影響的冷段,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設(shè)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(shè)置為0。堆芯出口設(shè)置為自由流出邊界條件,其他壁面設(shè)置為光滑固壁邊界條件。此外,時間步長設(shè)置為1.5ms,物性參數(shù)不考慮溫度影響均設(shè)為常數(shù),采用多種湍流模型進行結(jié)果對比。

模擬結(jié)果

1.下面是水塞進入堆芯時的無量綱溫度分布圖:

        

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖5

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:

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖6

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖7                

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖8

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:

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖9

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖10

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖11

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

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖12

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖13

5.下圖為試驗結(jié)果與模擬結(jié)果的對比圖:

Code_Saturne案例 | 硼稀釋事故時堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬的圖14

研究結(jié)論

使用Code_Saturne對壓水堆一回路中硼濃度瞬態(tài)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(shù)據(jù);

2.高精度湍流模型對水塞混合實驗的模擬更加準(zhǔn)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(jié)果與實驗值更符合;
4. 隨著最低溫度一同出現(xiàn)的暫時變化與定位格架的存在有關(guān)。然而,高雷諾數(shù)的網(wǎng)格已經(jīng)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。

來源:能源數(shù)值平臺

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