Моделирование обезвоживания открытых систем с помощью программы RELAP5

Аннотация

Существует множество программных средств, хорошо зарекомендовавших себя для проведения расчетного анализа в обосновании безопасности объектов использования атомной энергии. Одним из таких является расчетный код для улучшенной оценки безопасности RELAP5. Изначально его использование ограничивалось расчетами водо-водяных аппаратов, но широкие возможности кода и устойчивые алгоритмы решения гидравлических и теплофизических задач позволяют значительно расширить область его применения. Подобное использование расчетного кода должно быть обосновано как теоретически, так и с помощью верификации с соответствующими экспериментальными данными.

Приведены результаты расчетного моделирования по программе RELAP5. Представлено сравнение расчетных и экспериментальных данных по нагреву системы с низкими тепловыми потоками. Результаты расчета по программе RELAP5 сопоставлены с результатами двух экспериментов.

В первом эксперименте выполнен нагрев воды в открытом теплоизолированном сосуде. За счет испарения уровень воды в сосуде снижался, при этом кипение воды не наблюдалось. Давление в эксперименте — атмосферное. Как только уровень воды снижался ниже обогреваемой части теплового элемента, происходил резкий рост температуры его стенки. Классический подход к моделированию по программе RELAP5 показал существенное расхождение экспериментальных и расчетных данных. После корректировки расчетной модели получено более адекватное совпадение расчетных и экспериментальных результатов.

Второй эксперимент заключался в нагреве обезвоженной системы при различной мощности нагревателя. При ступенчатом наборе мощности нагревателя соответствующим образом менялась и его температура. По результатам сравнения расчетных и экспериментальных данных продемонстрировано существенное влияние механизма аксиальной теплопроводности на процесс разогрева частично обезвоженного нагревательного элемента и предложен способ моделирования продольного перетока тепла вдоль теплового элемента в расчетах по программе RELAP5. Показана возможность применения RELAP5 для моделирования обезвоженной системы. Изложенные верификационные материалы содержат рекомендации по построению расчетных моделей систем с низкими тепловыми потоками, которыми могут служить бассейны выдержки отработавшего топлива на атомных электрических станциях.