Обоснование точности нейтронно-физического расчета в расширенной области допустимых значений параметров водо-водяного энергетического реактора при работе энергоблоков на повышенном уровне мощности

Обоснование точности расчетов нейтронно-физических характеристик, получаемых с использованием программного комплекса САПФИР для активных зон с топливом. Повышение мощности водо-водяного энергетического реактора 1000 и увеличение выгорания топлива.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.11.2018
Размер файла 1,8 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГУП «НИТИ

им. А.П. Александрова»

Обоснование точности нейтронно-физического расчета в расширенной области допустимых значений параметров ВВЭР при работе энергоблоков на повышенном уровне мощности

В.Г. Артемов

Л.М. Артемова

В докладе представлены результаты обоснования точности расчетов нейтронно-физических характеристик, получаемых с использованием программного комплекса САПФИР_95&RC_ВВЭР для активных зон с топливом, обеспечивающим повышение мощности ВВЭР_1000 и увеличение выгорания топлива.

Для верификации использованы экспериментальные данные, полученные на серии топливных загрузок, отражающей последовательные этапы усовершенствования ТВС ВВЭР_1000. Погрешность расчета нейтронно-физических характеристик в режимах с кипением теплоносителя обоснована в сравнении с результатами экспериментов, полученными при эксплуатации кипящего реактора ВК_50. Для обоснования точности расчета потвэльного энерговыделения использованы результаты реперных расчетов, выполненных методом Монте_Карло.

Комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР аттестован для расчетов реакторов типа ВВЭР в 2005г.

Необходимость расширения области применения программного комплекса для обоснования нейтронно-физических характеристик ВВЭР при переводе на новое топливо связана со следующими особенностями усовершенствованных ТВС и активной зоны:

- увеличение количества твэгов и увеличение содержания в них гадолиния для компенсации избыточной реактивности в топливных циклах с длительностью межперегрузочного периода до 18 месяцев;

- увеличение длины топливного столба и профилирование топлива по высоте ТВС;

- увеличение мощности реакторной установки и средней температуры теплоносителя и, как следствие, вероятность подкипания теплоносителя на выходе из наиболее напряженных ТВС.

Цели настоящего этапа верификации:

- подтвердить оценки погрешности расчета нейтронно-физических характеристик (НФХ) для загрузок с увеличенным выгоранием топлива, в которых используются усовершенствованные кассеты типа ТВС_2, ТВСА, ТВС_2М, ТВСА-PLUS;

- обосновать расширение области применения комплекса программ на режимы с подкипанием теплоносителя;

- уточнить оценки погрешности расчета эффективности органов регулирования (ОР) и аварийной защиты (АЗ) на основе сравнения с результатами реперных тестов и путем прямого сопоставления результатов моделирования реактивностных измерений с экспериментальными данными.

Матрица верификации дополнена экспериментами и численными тестами так, чтобы на основе сравнительных расчетов показать, что оценки погрешности вычисления нейтронно-физических характеристик в расширенной области применения не превышают паспортных значений, обоснованных ранее для топлива, которое использовалось в предшествующие периоды эксплуатации ВВЭР. В настоящем докладе представлены результаты некоторых расчетов и выводы из верификационного отчета.

Результаты моделирования выгорания

Усовершенствованные ТВС с увеличенной высотой топливного столба уже используются в качестве топлива подпитки в последних загрузках на Ростовской и Балаковской АЭС. Поэтому для верификации комплекса программ были использованы экспериментальные данные, полученные при эксплуатации энергоблоков этих станций, что позволило проследить качество моделирования НФХ на всех этапах совершенствования топлива ВВЭР от первых загрузок базового трехгодичного цикла ВВЭР до современных загрузок, соответствующих 18_месячному топливному циклу. В качестве примера на рисунках 1 и 2 приведены результаты изменения концентрации борной кислоты в 1_2 загрузках первого блока Ростовской АЭС и 14_15 загрузках четвертого блока Балаковской АЭС.

Рисунок 1 -Первый блок Ростовская АЭС. Графики нагрузки и изменения концентрации борной кислоты по кампании, циклы 1,2

Рисунок 2 - Четвертый блок Балаковская АЭС. Графики нагрузки и изменения концентрации борной кислоты по кампании, циклы 13,14

Результаты моделирования 10-ти загрузок Волгодонской АЭС и 15-ти загрузок Балаковской АЭС показали, что комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР обеспечивает расчет длины цикла с точностью 3%, что соответствует точности, заявленной в паспорте на комплекс программ [1]. Отличие рассчитанной и измеренной концентраций борной кислоты в стационарном состоянии в начале кампании составляет 0.3 г/(кг Н2О), что не превышает погрешность измерений.

Максимальное отклонение рассчитанных значений мощности ТВС в наиболее напряженных ТВС от экспериментальных значений составляет 5%, что соответствует заявленной погрешности расчета в паспорте на комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР.

Отличие расчетных оценок объемной неравномерности энерговыделения от соответствующих значений, полученных на основе результатов измерений, не превосходят 7% - погрешности, заявленной в паспорте на комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР.

В таблицах 1 и 2 приведены обобщенные данные по сопоставлению рассчитанных и измеренных распределений энерговыделения, которые иллюстрируют сформулированные выводы.

Таблица 1 - Обобщенные результаты верификации моделирования энерговыделения для наиболее характерных загрузок Волгодонской АЭС (расхождения расчетных и экспериментальных данных)


загрузки

Выгорание,
эфф.сут

Коэффициент неравномерности энерговыделения, Kq

Относительная мощность кассет,
QR

Kq

Отклонение,
%

№ ТВС

Средне-квадратическое
отклонение,%

Максимальное отклонение
(занижение
расчета)

№ ТВС

Максимальное отклонение
(завышение
расчета)

№ ТВС

1

50.1

1.25

1.63

8

2.02

-0.05

16

0.06

1

1

86.5

1.26

3.28

8

2.33

-0.04

13

0.07

1

1

119.6

1.23

3.36

8

2.42

-0.04

13

0.05

1

1

155.5

1.2

2.56

8

1.95

-0.03

26

0.04

3

1

196.5

1.17

2.63

8

1.8

-0.03

25

0.04

3

1

267.8

1.13

0.89

15

2.2

-0.03

25

0.05

3

3

10.6

1.29

-1.53

19

2.33

-0.03

26

0.02

13

3

45.6

1.3

-1.52

19

2.5

-0.03

26

0.02

28

3

160.4

1.3

-2.99

19

2.27

-0.06

26

0.02

28

3

189.8

1.29

-3.01

19

2.31

-0.08

26

0.02

13

3

279.5

1.26

-2.33

19

2.33

-0.06

26

0.02

28

6

15.3

1.26

-3.82

153

2.23

-0.06

154

0.02

163

6

94.1

1.26

-1.56

132

2.15

-0.05

144

0.02

149

6

180.4

1.25

-1.57

132

1.61

-0.03

144

0.02

149

6

215.3

1.24

-1.59

132

1.67

-0.04

154

0.02

149

6

269.3

1.24

-1.59

124

1.57

-0.03

145

0.02

149

6

309.5

1.23

-0.81

132

1.61

-0.05

154

0.02

149

7

15.4

1.26

0

124

2.87

-0.06

162

0.02

158

7

90.5

1.27

-0.78

124

2.53

-0.06

162

0.02

158

7

165

1.31

0

92

2.07

-0.06

162

0.02

1

7

269.4

1.23

-3.15

110

2.15

-0.06

162

0.02

6

7

300.4

1.27

0

92

2.51

-0.07

162

0.03

149

8

10.4

1.27

-3.79

60

3.03

-0.07

74

0.04

150

8

166

1.3

-2.26

134

2.7

-0.05

162

0.03

149

8

270

1.27

-1.55

65

2.86

-0.05

162

0.04

157

9

19

1.23

-4.65

124

2.88

-0.05

159

0.04

1

9

164.25

1.29

-2.27

40

3.36

-0.04

21

0.04

157

9

286

1.25

-3.1

40

2.59

-0.05

2

0.04

158

10

27.38

1.25

-3.85

153

2.88

-0.06

50

0.02

6

10

155

1.3

-1.52

134

3.81

-0.04

153

0.05

157

10

279.88

1.26

-0.79

134

4.07

-0.06

151

0.05

157

Таблица 2 - Обобщенные результаты верификации моделирования энерговыделения для наиболее характерных загрузок Балаковской АЭС (расхождения расчетных и экспериментальных данных)


загрузки

Выгорание,
эфф.сут

Коэффициент
неравномерности
энерговыделения, Kq

Относительная мощность кассет,
QR

Kq

Отклонение,
%

№ ТВС

Средне-
квадратическое
отклонение,
%

Максимальное отклонение
(занижение
расчета)

№ ТВС

Максимальное отклонение
(завышение
расчета)

№ ТВС

7

123.1

1.31

-2.96

132

2.36

-0.04

132

0.05

48

7

180.6

1.3

-2.26

132

2.1

-0.03

109

0.05

48

7

210.5

1.29

-2.27

134

1.76

-0.03

155

0.05

26

7

236.5

1.28

-2.29

132

1.85

-0.03

90

0.05

116

7

262

1.27

-1.55

132

1.78

-0.03

155

0.05

116

9

58.4

1.26

-3.82

31

1.78

-0.05

31

0.03

158

9

114.1

1.29

-0.77

94

1.68

-0.01

1

0.03

6

9

187.8

1.26

-2.33

133

1.5

-0.04

9

0.02

158

9

239.6

1.25

-1.57

106

1.47

-0.03

9

0.02

158

9

273.6

1.26

-0.79

106

1.94

-0.05

9

0.03

102

11

58.6

1.26

-0.79

58

1.61

-0.03

22

0.05

127

11

113

1.28

0

52

1.79

-0.04

22

0.06

127

11

154.5

1.31

0.77

70

1.69

-0.03

59

0.03

163

11

223.1

1.28

-1.54

70

1.58

-0.03

22

0.03

163

11

242.6

1.27

-3.05

109

2.82

-0.03

7

0.04

163

12

48.1

1.24

-2.36

117

2.05

-0.05

78

0.03

89

12

99.6

1.21

-4.72

117

2.42

-0.02

75

0.03

1

12

154.6

1.29

-0.77

106

1.87

-0.04

117

0.03

1

12

180

1.28

-1.54

106

1.6

-0.03

11

0.03

1

12

202

1.29

-0.77

94

1.68

-0.03

120

0.03

1

12

305.3

1.26

-0.79

109

1.68

-0.04

139

0.07

30

13

31.6

1.24

-4.62

58

2.52

-0.05

97

0.04

89

13

31.6

1.24

-4.62

58

2.52

-0.05

97

0.04

89

13

59.4

1.24

-2.36

133

1.55

-0.02

82

0.02

158

13

116

1.25

-1.57

133

1.35

-0.03

10

0.02

158

13

142.9

1.27

-1.55

123

1.68

-0.03

82

0.02

158

13

204.6

1.27

-2.31

85

1.72

-0.03

82

0.03

157

13

253.2

1.26

-0.79

120

1.5

-0.03

77

0.03

158

13

297.1

1.25

-0.79

120

1.3

-0.03

17

0.02

158

14

49.2

1.18

-3.28

98

1.57

-0.07

3

0.03

158

14

63.2

1.18

-2.48

98

1.54

-0.07

3

0.03

158

14

135.7

1.14

-2.56

98

1.23

-0.06

3

0.03

158

14

234.5

1.07

-3.6

98

1.38

-0.04

98

0.04

158

14

327.1

1.08

-1.82

104

1.29

-0.04

98

0.04

158

14

369.5

1.07

-2.73

129

1.21

-0.03

1

0.03

158

15

20.7

1.26

0.80

29

2.08

-0.05

77

0.05

159

Моделирование потвэльного энерговыделения

Для верификации моделей потвэльного энерговыделения программ, рассчитывающих нейтронно-физические характеристики ВВЭР, используются результаты измерений на критических стендах и численные тестовые задачи, подготовленные с использованием реперных кодов. В верификационном отчете [] приведены результаты верификации комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР в сравнении с экспериментальными данными, полученными на стенде ВВЭР РНЦ «Курчатовский институт». В верификационном отчете [2] представлены результаты тестирования комплекса на численных тестах, имитирующих отработанные и перспективные загрузки ВВЭР.

Ниже, в качестве примера, приведены результаты численного моделирования двух тестовых задач, имитирующих первую загрузку Ростовской АЭС (тестовая задача 1) и первую загрузку перспективной активной зоны на основе усовершенствованных кассет с увеличенной высотой топливного столба (тестовая задача 2). Для моделирования потвэльного энерговыделения существенным отличием усовершенствованных кассет (типа ТВС-2М и ТВСА-PLUS) является наличие в них твэгов с относительно большим содержанием гадолиния.

На рисунке 3 приведены результаты сравнения покассетного энерговыделения, а на рисунках 4_7 результаты моделирования потвэльного энерговыделения в одной из кассет периферийного ряда активной зоны. На рисунке 3 эти кассеты выделены цветом.

На рисунках 4_7 красным цветом выделены места под пэлы и зеленым - под гильзу с детектором. Твэги на рисунках 5-6 подсвечены желтым цветом. нейтронный топливо энергетический реактор

Во второй тестовой задаче имитировался режим со значительным изменением плотности теплоносителя по высоте активной зоны. Активная зона в тестовой задаче была разбита на десять высотных слоев с постепенным уменьшением плотности теплоносителя, так что в верхнем слое ТВС плотность теплоносителя соответствовала ~ 0.4 г/см3.

Рисунок 3 - Относительная мощность ТВС в 1/6 части активной зоны (RC/MCNP/%).

На основе сравнения результатов моделирования потвэльного энерговыделения с тестовыми расчетами в отчете [2] сделаны следующие выводы:

- Погрешность расчета потвэльного энерговыделения (среднеквадратическое отклонение от реперного расчета) не превосходит 3%. При этом при уменьшении плотности теплоносителя (имитация кипения) ошибка не увеличивается.

- Максимальные отклонения энерговыделения от реперных значений в наиболее энергонапряженных твэлах не превосходят 5%.

- Максимальные отклонения энерговыделения от реперных значений в твэлах основного массива не превосходят 10%.

- Максимальные отклонения энерговыделения от реперных значений в твэгах не превосходят 8%.

780

843

717

874

770

679

911

906

783

646

953

944

840

749

617

994

988

901

791

718

587

1035

1031

950

859

768

687

557

1077

1074

996

926

824

742

656

528

1123

1118

1041

975

915

801

713

625

501

1179

1161

1081

1047

976

880

795

681

594

477

1235

1212

1120

1090

1026

856

764

646

564

450

1159

1156

1103

1012

924

709

609

488

1225

1205

1139

1114

1063

985

899

793

672

578

476

1260

1175

1151

1107

1028

964

867

754

633

562

1217

1204

1195

1145

1096

1020

939

828

718

606

494

1253

1190

1134

1070

886

669

586

1218

1209

1206

1175

1052

965

857

751

637

515

1260

1195

1204

1163

1098

1034

927

824

700

611

1225

1214

1211

1177

1148

1079

995

896

783

666

538

1267

1227

1209

1179

1127

1058

857

748

635

1232

1224

1201

1165

1028

928

692

562

1275

1234

1216

1144

1074

986

882

773

660

1239

1229

1226

1211

1173

1121

1040

931

833

715

585

1282

1216

1226

1196

1157

1088

1001

900

773

685

1246

1238

1236

1216

1182

1140

960

851

734

609

1289

1226

1191

1101

1020

791

710

1260

1247

1251

1230

1197

1153

1074

980

876

752

636

1312

1237

1243

1216

1189

1098

1033

936

814

737

1283

1275

1236

1229

1205

1162

1081

989

879

788

667

1233

1261

1223

1197

1122

931

847

714

1321

1329

1247

1237

1208

1083

1005

898

841

715

1303

1303

1235

1226

1200

1124

1051

948

884

774

1276

1292

1227

1192

1179

1068

995

930

809

1260

1282

1214

1184

1108

1039

977

850

1250

1271

1206

1157

1080

1023

894

1240

1260

1198

1120

1070

938

1230

1250

1184

1117

983

1220

1254

1171

1027

1215

1138

1077

1220

1135

1211

Тестовая задача 1. Потвэльное энерговыделение Kr*1000. Расчет RC. Кассета №18

-3.87%

-2.23%

-5.13%

-3.23%

-1.88%

-3.69%

-5.92%

0.27%

-5.18%

-3.83%

-4.54%

-1.98%

-2.04%

-2.91%

-5.25%

-1.85%

-4.43%

-1.18%

-5.11%

-5.07%

-4.78%

-2.03%

-2.01%

-1.91%

-1.48%

-3.92%

-3.81%

-4.25%

-2.03%

-1.34%

-2.63%

-1.33%

-3.73%

-2.56%

-4.42%

-0.95%

-1.13%

-1.78%

0.05%

-2.89%

-2.31%

-4.36%

-3.34%

-2.69%

-2.07%

0.50%

0.14%

-1.04%

-1.07%

-1.00%

-3.05%

2.10%

-2.64%

0.10%

3.06%

-1.40%

1.24%

0.13%

-0.88%

-0.89%

-1.03%

-4.22%

-3.01%

0.63%

2.88%

2.47%

1.51%

0.59%

-1.70%

-0.74%

-3.74%

-2.96%

-0.27%

-1.42%

3.15%

0.91%

0.81%

-0.86%

-1.95%

-0.16%

-3.61%

-3.94%

-3.33%

1.27%

-0.95%

4.23%

0.70%

1.09%

-0.99%

0.16%

-1.39%

-3.71%

-4.85%

0.81%

-1.80%

1.90%

3.35%

0.71%

-0.87%

1.28%

-0.25%

-5.22%

-6.27%

-5.41%

0.17%

3.47%

2.99%

-0.82%

1.00%

0.50%

-4.45%

-2.69%

-0.56%

2.06%

3.31%

1.56%

-0.56%

-3.37%

-4.44%

-5.29%

-3.81%

3.28%

1.46%

1.24%

4.90%

2.68%

-1.92%

-0.06%

-3.32%

-3.64%

-2.08%

1.04%

-1.21%

-2.00%

0.22%

3.22%

-0.05%

-0.53%

-2.26%

-2.57%

-0.18%

-0.99%

0.85%

0.53%

0.52%

1.77%

2.19%

-1.84%

-2.07%

-1.88%

-2.79%

0.26%

-1.18%

-0.82%

1.16%

-0.24%

1.61%

2.53%

0.86%

0.83%

-1.50%

1.09%

-0.30%

-0.24%

0.86%

-0.76%

-0.06%

-1.67%

0.01%

-1.07%

1.59%

0.83%

1.44%

1.67%

-0.02%

-1.03%

0.14%

-3.09%

-4.10%

1.06%

2.37%

0.52%

-1.09%

0.35%

1.34%

1.37%

1.71%

-0.10%

-2.29%

-3.28%

-0.51%

1.11%

-0.67%

-0.24%

2.40%

1.69%

-2.09%

-3.02%

-1.19%

2.43%

-0.01%

2.74%

0.10%

1.23%

-0.03%

-3.94%

-3.42%

-1.80%

-1.57%

1.90%

1.85%

2.44%

2.06%

0.68%

1.61%

-0.58%

-3.50%

-2.17%

-0.82%

2.57%

1.56%

0.68%

2.14%

1.00%

1.98%

0.30%

-1.48%

-3.46%

-0.25%

-0.52%

2.13%

1.51%

2.09%

1.38%

-0.28%

0.54%

1.08%

-1.40%

0.87%

-0.01%

1.98%

2.15%

3.33%

0.62%

0.54%

0.78%

2.38%

0.18%

3.64%

2.68%

4.60%

3.83%

-0.58%

1.58%

-0.89%

-0.69%

0.58%

1.47%

3.20%

2.39%

2.80%

2.49%

1.87%

1.05%

1.25%

-0.01%

0.48%

-0.43%

2.51%

3.85%

4.00%

4.04%

0.25%

2.47%

0.53%

-1.84%

-1.75%

0.87%

4.85%

5.67%

4.53%

1.10%

-0.91%

-1.31%

-2.51%

2.73%

4.78%

5.16%

1.14%

0.12%

0.24%

-2.16%

0.09%

3.13%

2.18%

1.39%

-1.46%

-0.22%

0.97%

4.83%

0.00%

-2.48%

-1.35%

2.92%

2.62%

-1.05%

0.09%

5.11%

-2.17%

-1.03%

1.12%

-0.38%

Тестовая задача 1. Потвэльное энерговыделение. Относительное отклонение RC от MCNP (%). Кассета №18

771

842

728

885

732

694

933

794

696

665

983

870

255

694

636

1033

900

807

715

655

608

1082

947

872

773

706

629

580

1132

993

920

873

781

683

602

552

1184

1039

323

924

882

758

220

576

524

1243

1106

1012

975

942

852

735

630

560

500

1298

1114

1055

1022

1006

836

708

602

514

468

1163

1076

1065

1009

920

678

561

484

1321

378

1108

1105

1064

999

895

779

648

181

501

1182

1101

1139

1115

1049

977

866

740

587

515

1329

1143

1193

1163

1080

1045

939

833

708

563

527

1235

1179

1153

1087

916

649

562

1346

1178

1214

1187

1074

984

868

742

604

556

1230

1192

1241

1187

1126

1052

953

835

681

580

1364

1192

1240

1210

1184

1071

1019

913

783

634

586

1247

1205

1255

1229

1124

1050

870

712

608

1383

399

1273

1207

1085

1055

972

221

616

1264

1222

1274

1149

1073

1024

901

741

636

1402

1226

1278

1284

1234

1127

1078

958

843

689

646

1281

1245

1299

1274

1205

1131

1033

928

766

664

1420

1246

1288

1302

1256

1200

984

860

715

676

1323

1267

1299

1216

1069

791

704

1441

1243

1331

1326

1262

1292

1171

1023

895

725

707

1301

1245

1323

1297

1289

1080

958

786

708

1472

422

1309

1309

1284

1317

1207

1024

891

258

743

1353

1291

1283

1288

1269

943

826

749

1533

1358

1291

1257

1284

1135

996

894

817

793

1549

1382

1271

1245

1274

1178

1048

944

896

872

1524

1345

411

1248

1255

1101

330

932

920

1509

1333

1248

1251

1153

1046

983

974

1497

1322

1246

1168

1097

1035

1030

1484

1311

1224

1127

1087

1085

1472

1324

396

1159

1141

1460

1280

1174

1196

1450

1253

1254

1450

1320

1412

Тестовая задача 2. Потвэльное энерговыделение Kr*1000. Расчет RC. Кассета №18

-4.71%

-1.22%

-3.14%

-2.30%

-2.44%

-2.95%

-3.25%

-0.76%

-1.80%

-3.13%

-1.45%

-1.49%

-2.53%

-2.94%

-2.94%

-0.62%

-2.69%

-0.02%

-1.83%

-4.08%

-2.80%

-0.95%

1.85%

-1.67%

-2.08%

-4.88%

-0.06%

-3.31%

-0.85%

2.36%

2.38%

-0.61%

-2.84%

-1.31%

-0.40%

-4.57%

-0.08%

-1.11%

-0.68%

-0.72%

-0.85%

-4.55%

-3.92%

-5.26%

-4.14%

0.67%

1.22%

3.02%

2.15%

-1.80%

-4.03%

-2.58%

-1.47%

-3.92%

-3.28%

-1.95%

2.62%

0.60%

2.58%

-0.17%

-3.62%

-3.14%

-5.84%

-3.57%

-3.92%

1.14%

3.62%

1.30%

-0.37%

-2.72%

-4.85%

-5.14%

-4.27%

0.94%

1.33%

2.20%

0.60%

-0.23%

-0.55%

-3.17%

-4.45%

-4.53%

-6.05%

-2.00%

3.16%

4.15%

0.39%

0.92%

0.76%

-1.34%

-2.99%

-5.52%

-5.82%

-2.86%

0.43%

4.48%

3.27%

1.00%

-2.82%

0.34%

-2.73%

-3.17%

-4.65%

-4.20%

-3.87%

2.01%

3.90%

-0.15%

-0.51%

-0.39%

-4.67%

-3.68%

-0.57%

1.48%

2.07%

-0.22%

0.07%

-0.74%

-4.06%

-5.33%

-5.18%

-3.79%

0.45%

2.19%

3.00%

0.62%

0.99%

1.01%

-1.56%

-3.55%

-4.53%

-5.00%

0.11%

5.36%

2.62%

1.61%

1.79%

0.58%

0.06%

-2.50%

-4.04%

-1.09%

-3.24%

4.66%

4.44%

1.47%

2.10%

0.92%

0.49%

-3.37%

-3.10%

0.05%

0.60%

1.16%

2.59%

1.53%

0.61%

0.94%

1.14%

-4.15%

-2.24%

4.43%

3.99%

1.48%

0.87%

0.69%

-0.77%

-2.58%

-3.21%

0.01%

0.07%

5.23%

1.89%

1.52%

1.26%

0.02%

-0.90%

-2.12%

-3.05%

-0.71%

-2.12%

0.39%

2.51%

1.74%

1.87%

0.12%

-1.57%

-3.10%

-2.23%

-3.45%

-4.85%

-0.38%

1.01%

1.53%

2.44%

1.04%

0.19%

-3.69%

-4.44%

-4.03%

-2.58%

2.42%

3.56%

4.09%

0.20%

-2.37%

-2.22%

-2.56%

0.16%

4.48%

4.62%

4.21%

-0.08%

1.99%

-0.94%

-1.78%

-1.47%

-1.42%

-2.70%

1.91%

5.27%

3.94%

1.83%

2.31%

-2.94%

-1.63%

-1.73%

-2.50%

-0.77%

1.16%

5.78%

3.12%

0.88%

3.81%

1.20%

-1.50%

-0.63%

-2.52%

-3.28%

-0.33%

6.37%

3.37%

2.46%

2.58%

-0.78%

-0.20%

-2.76%

-4.62%

2.86%

2.29%

4.61%

2.67%

-1.15%

1.03%

-1.64%

-0.54%

-4.86%

-0.88%

1.33%

5.02%

4.45%

3.74%

-1.17%

1.46%

3.03%

-1.47%

-1.38%

-1.55%

-0.52%

1.28%

3.34%

5.20%

0.16%

-0.48%

-2.76%

-2.81%

-2.53%

3.81%

4.76%

5.46%

2.31%

2.49%

2.39%

-3.19%

-1.97%

2.96%

1.93%

5.57%

0.63%

2.52%

-2.33%

-2.38%

-1.02%

5.48%

3.89%

-1.56%

-1.71%

-2.95%

1.27%

2.43%

0.63%

-1.58%

-3.15%

2.27%

1.36%

-2.07%

-2.52%

0.42%

-1.64%

-1.62%

-1.83%

-4.98%

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потвэльное энерговыделение. Относительное отклонение RC от MCNP (%). Кассета №18

Эффективность органов регулирования

Оценка погрешности комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР при расчете эффективности АЗ осуществлялась на основе сопоставления с реперными расчетами, выполненными методом Монте-Карло, а также путем моделирования экспериментов со сбросом АЗ на основе решения нестационарного уравнения диффузии нейтронов. Изменение реактивности в процессе моделирования эксперимента вычислялось с использованием блока, решающего обращенное уравнение кинетики, которое используется в реактиметрах при проведении измерений на АЭС. В качестве входного сигнала в блок моделируемого реактиметра вводился поток нейтронов, вычисленный с учетом места реального расположения внезонных детекторов относительно активной зоны. При моделировании показаний реактиметра в расчетной модели использовались те же параметры запаздывающих нейтронов, что и в штатных реактиметрах.

Реперный расчет эффективности АЗ методом Монте-Карло подготовлен с использованием программы MCNP для активной зоны первого блока Волгодонской АЭС. Для тестовой задачи было выбрано состояние активной зоны, соответствующее началу кампании. Расчет эффективности АЗ выполнен для 2_х случаев. В первом варианте определялась полная эффективность АЗ, во втором - эффективность АЗ с одним застрявшим ОР 8 рабочей группы в ячейке 13_22.

Аналогичные расчеты для этих двух состояний выполнены с использованием комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР. Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты расчетов эффективности АЗ

Вычисляемая характеристика

MCNP

RC

Полная эффективность АЗ

-0.0713

-0.0719

Эффективность АЗ без 1 ОР

-0.0536

-0.0539

Во время физического пуска реактора первого блока Ростовской АЭС были выполнены эксперименты со сбросом АЗ при застревании этого же кластера. В первых двух строках таблицы 4 приведены результаты оценки изменения реактивности в экспериментах со сбросом АЗ, полученные на основе расчетного моделирования и результатов измерений.

Результаты моделирования аналогичных экспериментов на последующих десяти загрузках первого блока Ростовской АЭС, и последних загрузках 4 блока Балаковской АЭС, показали, что во всех случаях отклонение результатов моделирования от эксперимента не превосходит 10%. Для иллюстрации, в таблице 4 в последних трех строках приведены результаты моделирования аналогичных экспериментов, выполненных в начале 13_15 загрузок Балаковской АЭС, в которых были использованы усовершенствованные ТВС.

Таблица 4 - Результаты оценки изменения реактивности в экспериментах со сбросом АЗ

№ загрузки

Измеряемый параметр

Измерение реактивности, эфф

Отклонение

эксперимент

расчет

1

РАЭС

Эффективность АЗ без 1 стержня

6.44

6.51

1.0%

Эффективность АЗ

8.32

8.28

-0.5%

13

БАЭС

Эффективность АЗ без 1 стержня

7.74

7.91

2.2%

Эффективность АЗ

10.48

11.18

6.7%

14

БАЭС

Эффективность АЗ без 1 стержня

8.25

7.94

-3.8%

Эффективность АЗ

11.04

11.24

1.8%

15

БАЭС

Эффективность АЗ без 1 стержня

8.74

8.56

-2.1%

Эффективность АЗ

12.25

11.94

-2.5%

Эффективность рабочих органов СУЗ

Погрешность расчета эффективности ОР СУЗ оценивалась также в сопоставлении с численными тестами и результатами экспериментов. На рисунке 8 сравниваются результаты расчетов эффективности рабочих органов СУЗ для первой загрузки Ростовской АЭС, полученные с использованием комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР и по программе MCNP. Там же приведены оценки, полученные на основе результатов измерений дифференциальной эффективности ОР. В верификационном отчете [2] приведены результаты расчетов для серии загрузок Ростовской и Балаковской АЭС, которые показали, что расхождение между расчетными и экспериментальными оценками эффективности ОР для последних загрузок с усовершенствованным топливом не превосходят 10%, так же как и для первых загрузок, соответствующих базовому трехгодичном циклу. Для иллюстрации на рисунке 9 приведены результаты расчетов эффективности рабочих групп для 9 и 10 загрузок Ростовской АЭС, в которых использовались кассеты типа ТВС-2 и ТВС-2М.

Рисунок 8 - Интегральная эффективность 9 и 10 групп ОР СУЗ. Первая топливная загрузка Ростовской АЭС.

Рисунок 9 - Интегральная эффективность 9 и 10групп ОР СУЗ. Десятая топливная загрузка Ростовской АЭС.

Обоснование расширения области применения комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР на режимы с подкипанием теплоносителя на выходе активной зоны

В верификационном отчете [2] на основе моделирования численных тестов и экспериментов обосновывается погрешность расчета нейтронно-физических характеристик (НФХ) комплекса программ в диапазоне плотностей 0.60.3 г/см3, соответствующих области кипения теплоносителя.

Потребность в решении такой задачи связана с тем, что в проектируемых реакторах типа ВВЭР_1200 повышена температура теплоносителя, и, с учетом допустимых отклонений мощности и расхода теплоносителя от номинальных значений, в верхней части активной зоны возможно подкипание теплоносителя.

Кроме расчета НФХ в стационарных состояниях, задача комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР - подготовка констант, а также расчет файлов выгорания и отравления для расчетного кода (РК) КОРСАР/ГП, с использованием которого проводятся обоснования безопасности ВВЭР в динамических режимах. С учетом этого, задача расширения области применения комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР для моделирования режимов с кипением теплоносителя является актуальной.

Методики и алгоритмы, заложенные в комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР, обеспечивают возможность его применения в широком диапазоне плотностей теплоносителя, включающем и кипение теплоносителя в активной зоне.

Программа САПФИР_95, которая используется для подготовки эффективных малогрупповых характеристик ячеек, аттестована в области изменения плотности теплоносителя 10.2 г/см3. Программа САПФИР_95&RC_ВВЭР, предназначенная для расчета реактора в целом, включает блок расчета температуры топлива и теплогидравлических характеристик теплоносителя в диапазоне изменения плотности 10.2 г/см3. Нейтронно-физический расчет выполняется в двухгрупповом диффузионном приближении и не имеет ограничений для применения в области изменения плотности теплоносителя 10.3 г/см3.

Необходимо также отметить, что базовая версия комплекса программ аттестована для реакторов транспортного назначения в диапазоне изменения плотности теплоносителя 10.2 г/см3 [].

Для верификации блока расчета теплогидравлических параметров канала была подготовлена серия модельных тестовых задача на основе ТВС, которые предполагается использовать в перспективных загрузках реакторов ВВЭР_1000 и ВВЭР_1200. В качестве реперных значений использовались результаты расчетов по коду КОРСАР/ГП, аттестованного в широком диапазоне значений входных параметров [].

Тестовые расчеты показали, что ошибка в значении средней по каналу плотности теплоносителя не превосходит 3 кг/м3. В качестве примера на рисунке 10 показан результат расчета плотности теплоносителя по высоте ТВС в модельной задаче с высоким паросодержанием на выходе активной зоны.

Температурное состояние твэлов в программе САПФИР_95&RC_ВВЭР, также как в РК КОРСАР/ГП, моделируется с учетом термомеханических явлений, а также распухания топлива и деформации оболочки в процессе кампании. Максимальная погрешность оценки средней по сечению твэла температуры топлива в слое достигается при расчете наиболее напряженного канала и не превышает 15°С. Такие отклонения от реперных расчетов можно считать вполне удовлетворительными, поскольку они практически не сказываются на результатах расчетов нейтронно-физических характеристик.

В связи с тем, что для действующих ВВЭР экспериментальные данные при кипении теплоносителя в активной зоне отсутствуют, для верификации комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР были использованы данные, полученные в процессе эксплуатации исследовательского кипящего реактора ВК-50 (ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР»). Реактор ВК_50 конструктивно достаточно близок к реактору ВВЭР_440, поэтому экспериментальные данные, полученные при его эксплуатации, вполне представительны для верификации программ расчета ВВЭР.

При подготовке верификационного отчета [2] выполнены расчеты НФХ 12_й топливной загрузки реактора ВК_50, экспериментальные данные для которой отличаются наибольшей полнотой и качеством:

- проведен расчет выгорания активной зоны по эксплуатационным данным;

- выполнены расчеты критических состояний активной зоны, зафиксированных на МКУ в холодном и горячем состояниях;

- смоделированы поля энерговыделения для типичных режимов активной зоны в различные моменты выгорания загрузки.

Кипение теплоносителя наиболее сильно влияет на распределение энерговыделения по высоте активной зоны. На рисунке 11 приведены два наиболее характерных профиля распределения энерговыделения по высоте ТВС. На обоих рисунках отчетливо просматривается характерное смещение максимума поля энерговыделения в нижнюю часть активной зоны, вызванное кипением теплоносителя. Результаты расчета и измерений согласованно отрабатывают этот эффект.

Рисунок 11 - Реактор ВК-50. Характерные распределения энерговыделения по высоте ТВС

В верификационном отчете показано, что отклонения результатов моделирования от экспериментальных данных для основных нейтронно-физических характеристик реактора ВК_50 не превосходят зафиксированные в паспорте на комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР погрешности для ВВЭР:

- Среднее значение коэффициента размножения за кампанию составило 0.9975±0.0026.

- Различие средних значений эффективного коэффициента размножения при моделировании критических экспериментов в «холодном» состоянии и на мощности составило 0.50.7% реактивности, что менее 10% от величины полного мощностного эффекта реактивности, который составляет 78%.

Отклонение результатов моделирования энерговыделения от измеренных данных составило:

- для относительного распределение мощности ТВС - 10%;

- для коэффициента неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны-5%;

- для коэффициент неравномерности по высоте активной зоны - 8%.

Результаты тестирования комплекса программ показали, что при уменьшении плотности теплоносителя на выходе ТВС до 0.3 г/см3 погрешность расчета потвэльного энерговыделения не ухудшается в сравнении со штатными режимами ВВЭР.

Полученные результаты дали основание расширить область применения комплекса программ САПФИР_95&RC_ВВЭР до 0.3 г/см3 по плотности теплоносителя.

Заключение

Приведенные в работе обоснования точности расчета нейтронно-физических характеристик ВВЭР подтвердили оценки погрешностей, заявленные в паспорте на комплекс программ САПФИР_95&RC_ВВЭР для расширенной области применения, включающей новые типы кассет ТВС_2 (ТВСА) и ТВС_2М (ТВСА-PLUS). При этом обосновано снижение погрешности расчета в сравнении с аттестационным паспортом 2005г. [1] для следующих характеристик: критической концентрации борной кислоты, интегральной эффективности регулирующих групп СУЗ, эффективности аварийной защиты.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Общая характеристика преобразователя. Параметры уравнительного и сглаживающего реактора. Защита от аварийных токов. Расчёт вспомогательного выпрямителя. Электромеханические характеристики привода. Расчёт относительных значений полной, активной мощности.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 22.06.2015

  • Разработка усилителя мощности, с использованием операционных усилителей, класс работ АБ (вид и спад амплитудно-частотных характеристик не имеет значения) с заданными параметрами выходной мощности, тока нагрузки, входного напряжения, диапазона частот.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.07.2009

  • Классификация методов повышения точности средств измерений. Уменьшение аддитивной погрешности. Метод отрицательной связи, инвариантности, прямого хода, вспомогательных измерений. Периодическая автоподстройка параметров. Виды помех, способы их описания.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.11.2011

  • Взаимосвязь точности измерения координат цели и эффективности применения радиоэлектронной системы. Методы измерения угловых координат. Точность, разрешающая способность радиолокационных систем. Численное моделирование энергетических характеристик антенны.

    дипломная работа [6,6 M], добавлен 11.06.2012

  • Принцип работы усилителя мощности. Компоновка печатной платы. Расчет точности печатного монтажа и устойчивости конструкции на воздействие ударов. Разработка технологии изготовления усилителя мощности. Анализ технической прогрессивности новой конструкции.

    дипломная работа [987,6 K], добавлен 02.05.2016

  • Исследование схемы с управляющим входным аттенюатором. Анализ шумовых характеристик приборов. Построение усилителей мощности на основе интегральной микросхемы. Пример расчета транзисторного полосового усилителя мощности диапазона сверхвысокой частоты.

    дипломная работа [3,2 M], добавлен 03.06.2012

  • Расчет основных параметров элементов схемы управляемого выпрямителя: трансформатора (при трансформаторном варианте), вентилей (тиристоров), сглаживающего реактора. Статические характеристики двигателя. Расчет ЭДС и средней мощности преобразователя.

    контрольная работа [88,1 K], добавлен 27.06.2014

  • Приведение заданной нагрузки к виду, удобному для расчета данных. Определение значения коэффициента использования для приемника. Расчет значений активной и сменной мощности, их сумма. Определение коэффициентов максимальных значений нужных параметров.

    контрольная работа [185,4 K], добавлен 04.04.2013

  • Усилители мощности, предназначенные для качественного воспроизведения звука, и их параметры. Выбор и обоснование технологического процесса изготовления изделия. Определение типа производства. Обоснование конструкции изделия. Разработка маршрутной карты.

    курсовая работа [543,8 K], добавлен 20.01.2013

  • Обоснование архитектуры радиоприемника. Расчет частотного и энергетического планов. Выбор элементной базы. Проектирование преселектора радиоприемника. Расчет МШУ по постоянному току и на основе S-параметров. Использование интегральных микросхем.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.