РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕСТОВОЙ ЗАДАЧИ

“BENCHMARK ROSTOV 2” С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ

САПФИР_95&RC_ВВЭР

Артемов В.Г., Артемова Л.М., Кузнецов А.Н.

ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», Сосновый Бор, Россия

Аннотация

В докладе приведены результаты моделирования потвэльного энерговыделения в

комплексе программ САПФИР_95&RC_ВВЭР для тестовой задачи “Benchmark Rostov 2”.

Приведено описание двух методик расчета потвэльного энерговыделения, используемых в

комплексе программ - метода суперпозиции микро- и макропотока и комбинированного (pin-

by-pin) метода.

Введение

В комплексе программ (КП) САПФИР_95&RC_ВВЭР реализованы два метода расчета

потвэльного энерговыделения – метод суперпозиции микро- и макропотока [1] и

комбинированный «мелкосеточный» метод, в котором ячейки радиальной расчетной сетки в

активной зоне совпадают с центрами твэлов ТВС. Комбинированный мелкосеточный расчет

потвэльного энерговыделения проводится с известными распределениями выгорания,

температуры топлива и плотности теплоносителя, полученных на основе расчета

потвэльного энерговыделения методом суперпозиции, поэтому такой подход получил

название комбинированный метод [2].

Расчет методом суперпозиции проводится с помощью ПС САПФИР_95&RC_ВВЭР.2 [3],

расчет комбинированным методом проводится с помощью ПС САПФИР_95&RC_micro.

Метод суперпозиции для расчета энерговыделения в потвэльном приближении

используется также в расчетном коде (РК) КОРСАР/ГП [4], для которого нейтронно-

физическая модель готовится с использованием КП САПФИР_95&RC_ВВЭР [5].

В докладе приведены результаты подготовки нейтронно-физических моделей активной

зоны реактора ВВЭР-1000 для тестовой задачи «Benchmark Rostov 2» [6] с использованием

двух методов расчета потвэльного энерговыделения: метода суперпозиции и

комбинированного метода.

Приведены результаты моделирования энерговыделения в исходном стационарном

состоянии и в переходном режиме в квазистационарном приближении. Полученные

результаты являются подготовительным этапом для комплексного

(термогидравлического/нейтронно-физического) расчета с использованием РК КОРСАР/ГП.

Методика расчета потвэльного энерговыделения

Расчет потвэльного энерговыделения методом суперпозиции основывается на

суперпозиции микрораспределения потока нейтронов в кассете и макрораспределения по

реактору в целом. Микрораспределения рассчитываются с использованием программы

САПФИР_95 на основе решения уравнения переноса в бесконечной решетке ТВС методом

ВПС, а изменения макропотока по активной зоне рассчитываются в диффузионном

приближении по программе RC_ВВЭР в 24-х точках в двухгрупповом диффузионном

приближении. Потвэльный расчет методом суперпозиции выполняется с использованием

заранее подготовленных двухгрупповых потвэльных скоростей реакций, зависящих от

выгорания, концентрации борной кислоты, плотности теплоносителя и температуры топлива,

наличия стержней органов регулирования (ОР) в ТВС. Макропоток рассчитывается на

конечноразностной сетке с 24-мя точками на ТВС.

В случае комбинированного метода распределение потвэльного выгорания

рассчитывается методом суперпозиции и является входными данными при проведении

расчета микрополей энерговыделения на конечно-разностной сетке, соответствующей шагу

расстановки твэлов в кассете [2]. Кроме распределения выгорания на основе расчета методом

суперпозиции получаются распределения температуры топлива и плотности теплоносителя,

которые также являются входными данными при расчете потвэльного энерговыделения на

мелкой сетке.

Схема расчета комбинированным методом показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема комбинированного метода расчета потвэльного энерговыделения

Для каждого метода готовится свой набор эффективных диффузионных характеристик

ячеек для соответствующего конечно-разностного представления уравнения диффузии

нейтронов в реакторе. Малогрупповые константы для активной зоны и отражателя

вычисляются на основе спектральных расчетов программой САПФИР_95.

В комбинированном методе при подготовке малогрупповых констант твэлы кассеты

объединяются в несколько зон с разными диффузионными свойствами, в зависимости от

типа твэл и твэг и их расположения в кассете. Выделены зоны для ПЭЛ и межкассетного

зазора.

Описание эксперимента и схема проведения расчетов

В исходном состоянии реактор был стационарно отравлен ксеноном-135. Начальная

мощность равна 2083,7 МВт (69,5%Nном). Десятая группа ОР СУЗ находилась в положении

84,4% от низа активной зоны, 1-9 группы ОР – на ВКВ. Концентрация борной кислоты по

данным лабораторного химического анализа составляла 4,6 г/кг.

Экспериментальное событие было вызвано разбавлением борной кислоты в

теплоносителе первого контура.

Вводимая в активную зону положительная реактивность, компенсировалась

периодическим (шагами, примерно равными 14 см) погружением 10 группы ОР СУЗ через

каждые (2 – 3) мин. К 60-ой минуте процесса рабочая группа находилась в положении 32 %.

Моделирование переходного режима в квазистатическом приближении осуществлялось

подбором критического значения борной кислоты при заданном в соответствие с

экспериментальными данными графике перемещения десятой регулирующей группы. Расчет

выполнен на основе решения стационарного уравнения диффузии нейтронов.

На рисунке 2 показан график изменения положения КГ и рассчитанной критической

концентрации бора в теплоносителе.

Рисунок 2 - Изменение положения рабочей группы и изменение концентрации борной

кислоты в моделируемом режиме

Результаты расчетов

Погружение рабочей группы ОР СУЗ привело к перераспределению в радиальном

направлении поля энерговыделения к периферии активной зоны, а в аксиальном

направлении к смещению энерговыделения в нижнюю часть активной зоны.

На рисунках 3 и 4 приведены результаты расчета распределений энерговыделения в ТВС

активной зоны в начале и конце режима. На рисунках 5 и 6 для этих же состояний приведены

распределения температур теплоносителя по ТВС активной зоны для этих же состояний.

0,76

0,77

0,78

0,79

0,8

0,81

0,82

0,83

0,84

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100 120

Ко

нц

ентр

аци

я 10 В

в т

епло

но

сите

ле

[г/к

гH2O]

По

лож

ени

е р

або

чей

гр

упп

ы, с

м о

т н

иза

аз

Время, минуты

H10

Cbor

Рисунок 3 – Распределение относительного энерговыделения в ТВС активной зоны

(расчет/эксперимент/ отклонение). Начало режима (Н10 = 84,4 %)

Рисунок 4 – Распределение относительного энерговыделения в ТВС активной зоны

(расчет/эксперимент/отклонение). 60 минута от начала режима (Н10 = 32,4 %)

Рисунок 5 – Подогревов теплоносителя в ТВС активной зоны

(расчет/эксперимент/ отклонение). Начало режима (Н10 = 84,4 %)

Рисунок 6 – Подогревов теплоносителя в ТВС активной зоны (расчет/эксперимент/

отклонение). 110 минута от начала режима (Н10 = 20,6 %)

На рисунках 7 и 8 показано распределение относительной мощности слоя твэл в семи

кассетах № 124, № 125, №111, №112, №113, №98, №99, рассчитанных комбинированным

методом. Результаты приведены для слоев сверху и снизу от нижнего края рабочей группы,

которая перемещается в кассете №112. Здесь и далее под относительной мощностью

понимается величина мощности, нормированная на среднюю мощность твэл в активной зоне

и умноженная на 100.

Рисунок 7 – Относительная мощность энерговыделения в кассетах окружающих ТВС №

112. (Н10 = 32,4 %, Высотный слой (26-30%))

Рисунок 8 – Относительная мощность энерговыделения в кассетах окружающих ТВС №

112. (Н10 = 32,4 %, Высотный слой (33-36%))

На рисунке 9 показаны графики изменения относительной мощности слоя твэл,

полученной методом суперпозиции, как функции времени. Место расположения твэлов

показана на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7 – Результаты расчета изменения энерговыделения в твэлах ТВС № 112,

ТВС № 113, ТВС № 124

Заключение

В докладе приведены результаты моделирования потвэльного энерговыделения в

комплексе программ САПФИР_95&RC_ВВЭР для тестовой задачи “Benchmark Rostov 2”.

Полученные результаты являются подготовительным этапом для комплексного

связанного (термогидравлического/нейтронно-физического) расчета с использованием РК

КОРСАР/ГП.

0

50

100

150

200

250

300

350

0

50

100

150

200

250

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00

По

лож

ени

е р

або

чей

груп

пы

от

ни

за а

кти

вно

й з

он

ы

Отн

оси

тел

ьная

мо

щн

ост

ь тв

эла

Время, минуты

ТВС № 112 твэл № 2

ТВС 112 твэл № 287

ТВС 113 твэл № 287

ТВС 113 твэл № 317

ТВС № 124 твэл № 297

ТВС № 124 твэл № 327

Положение рабочей группы

Список литературы

1 Артѐмов В.Г., Артѐмова Л.М., Ельшин А.В., Иванов А.С., Карпов А.С., Пискарев А.В.,

Сергеев В.К., Шемаев Ю.П. Создание комплекса программ для расчета нейтронно-

физических характеристик реакторов типа ВВЭР. Технология и системы обеспечения

жизненного цикла ядерных установок. Сб. научных трудов. Вып.5. НИТИ им. Александрова.

С.П-б, «Менделеев», – 2007. – С. 20–34

2 Артѐмов В.Г., Иванов А.С., Кузнецов А.Н., Шемаев Ю.П. Комбинированный метод

расчета потвэльного энерговыделения в комплексе программ САПФИР_95&RC_ВВЭР.

ВАНТ Серия: ЯДЕРНО-РЕАКТОРНЫЕ КОНСТАНТЫ, – 2014. выпуск 3, – С. 85–89.

3 САПФИР_95&RC_ВВЭР.2 Аттестационный паспорт программного средства № 321 –

Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 23.09.2009,

18.04.2013.

4 Программный комплекс КОРСАР/ГП. Аттестационный паспорт ПС № 263. –

Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 23.09.2009.

5 Разработка нестационарных нейтронно-физических и теплогидравлических моделей

различных типов реакторов на основе кодов КОРСАР и САПФИР. 4-я международная

научно техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР". Подольск, 23-

26 мая 2005. Сборник тезисов докладов, с. 69

6 M. Avramova, A. Denisenko, M. Denisova, P. Gordienko, K. Ivanov, S. Nikonov, I.

Pasichnyk, B. Shumskiy, R. Sizov, K. Velkov. EGMPEPV BENCHMARK “ROSTOV-2”. 2017

27th Symposium of AER on VVER Reactor Physics and Reactor Safety. Germany, Munich. 17-20

Oct 2017