МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКИ ТВЭЛА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РАСПЛАВА В ТВС РЕАКТОРОВ ТИПА "БН" КОДОМ "СОКРАТ-БН"

И. С. Вожаков, Э. В. Усов, В. С. Жданов, М. Е. Кузнецова, А. Е. Киселёв, Р. В. Чалый
Вопросы атомной науки и техники. Сер. Математическое моделирование физических процессов 2015. Вып.4. С. 15-21.

      Статья посвящена разработке и внедрению модели плавления и перемещения оболочки твэла в код СОКРАТ-БН, который предназначен для анализа и обоснования безопасности АЭС с реакторами типа БН. Расчетный код позволяет проводить численное моделирование динамики реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем в условиях нарушения нормальной эксплуатации, проектных и запроектных аварий. Численное моделирование штатных и аварийных режимов работы является одним из основных методов обоснования безопасной эксплуатации проектируемых реакторных установок. Особенностями быстрых реакторов являются высокие удельные энерговыделения и низкие рабочие давления, которые приводят к тому, что при закипании теплоносителя в ходе аварии с потерей расхода скорость течения паров может достигать сотен метров в секунду, что оказывает значительное влияние на динамику течения расплава материалов твэлов. Перемещение расплава твэлов и элементов конструкций влечет за собой изменение реактивности реактора, а также может привести к формированию как нижних, так и верхних блокировок в отдельных тепловыделяющих сборках и, как следствие, перераспределению потоков теплоносителя в первом контуре активной зоны.
       Для расчета перемещения расплавленной оболочки предлагается учитывать основные особенности процесса стекания оболочки в быстром реакторе. В частности, в модели предполагается, что расплав перемещается вдоль твэла в виде пленки, которая изменяет свою толщину в зависимости от количества расплава, а основными влияющими на динамику расплава силами являются сила тяжести, трение с газовым потоком и сила трения с твердой стенкой. Особенностью модели является четкое выделение границ расплава, что позволяет избежать численной диффузии, т. е. расплав не размазывается по всей расчетной области, а находится в четко очерченных границах, которые перемещаются в соответствии с физикой происходящих процессов.
       В целях демонстрации применимости описанной модели представлены результаты расчета задач, как имеющих аналитическое решение, так и моделирующих реальные реакторные установки. Показано, что численное моделирование с использованием модели плавления и перемещения оболочки твэла корректно описывает происходящие процессы в таких задачах, как плавление цилиндра, стекание расплава под действием гравитационных сил и сил трения с потоком теплоносителя (рис. 3, список лит. - 20 назв.).

Полный текст статьи