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