【CAE案例】硼稀釋事故時(shí)堆芯內(nèi)硼濃度空間分布情況模擬
01 研究背景
當(dāng)反應(yīng)堆處于停堆、換料停堆或者正常運(yùn)行狀態(tài)，稀釋一回路時(shí)，通過(guò)上充管線將清水注入一回路。稀釋時(shí)由于廠外電喪失等事故導(dǎo)致主泵停運(yùn)，上充泵在應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)投入運(yùn)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(huì)在上充管線進(jìn)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(huì)在主泵殼內(nèi)積聚清水，此時(shí)如果電源恢復(fù)，主泵重新啟動(dòng)就會(huì)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(xiǎn)，導(dǎo)致非均勻硼稀釋事故。
此算例的目的在于, 通過(guò)code_saturne模擬一回路出現(xiàn)硼稀釋事故時(shí)，堆芯內(nèi)硼濃度的空間分布情況，計(jì)算得到堆芯入口最低硼濃度，并與JULIETTE 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證。
02 實(shí)際試驗(yàn)介紹
JULIETTE 試驗(yàn)臺(tái)架是由AREVA公司搭建的1/5尺寸EPR實(shí)體模型，試驗(yàn)堆芯包括4個(gè)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。
硼酸溶解度隨溫度變化，試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)測(cè)量溫度來(lái)間接測(cè)量硼酸濃度。在堆芯入口，下降段，和冷段共設(shè)置了130個(gè)熱電偶來(lái)測(cè)量溫度。熱電偶分布情況如下圖所示：
試驗(yàn)步驟
1)在兩個(gè)相近閥門間產(chǎn)生水塞；
2)使用熱流體箱對(duì)水塞進(jìn)行加熱；
3)向流體中加入鹽來(lái)調(diào)節(jié)流體的密度；
4)當(dāng)開啟閥門時(shí)，泵隨之啟動(dòng)；
5)與此同時(shí)，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
6)當(dāng)水塞完全通過(guò)堆芯后，數(shù)據(jù)采集結(jié)束。
03 模擬介紹
網(wǎng)格劃分
整體網(wǎng)格由7個(gè)部分組成，共約150萬(wàn)六邊形網(wǎng)格：
邊界條件
對(duì)于受水塞影響的冷段，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置流速和硼酸濃度邊界條件；對(duì)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(shí)間步長(zhǎng)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(jìn)行結(jié)果對(duì)比。
04 模擬結(jié)果
1.下面是水塞進(jìn)入堆芯時(shí)的無(wú)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(jì)算得到堆芯入口處無(wú)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(jì)算得到堆芯入口處無(wú)量綱溫度分布：
4.下圖為網(wǎng)格敏感性測(cè)試，如圖所示，下面所有網(wǎng)格都可以正確的計(jì)算出最低溫度，隨著最低溫度一同出現(xiàn)的暫時(shí)變化與定位格架的存在有關(guān)：
5.下圖為試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比圖:
05 研究結(jié)論
使用code_saturne對(duì)壓水堆一回路中硼濃度瞬態(tài)稀釋過(guò)程的計(jì)算驗(yàn)證:
1.code_satrune 可以得到與實(shí)際試驗(yàn)非常接近的數(shù)據(jù)；
2.高精度湍流模型對(duì)水塞混合實(shí)驗(yàn)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(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更符合；
4. 隨著最低溫度一同出現(xiàn)的暫時(shí)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。
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