5.2.2. Описание программного модуля ТРЕТОН
Структурная схема программного модуля.
Программный код
TРEТОH предназначен для теплогидравлического расчета переход- ных, пространственно-распределенных процессов в активной зоне
ВВЭР с бесчехловыми ТВС.В нем реализованы алгоритмы много- уровневого решения уравнений теплообмена и гидродинамики.
Программа ТРЕТОН написана на языке Фортран. Структурная схема программы приведена на рис. 5.3.
Определение искомых давлений, скоростей и температур тепло- носителя и температур твэлов в программе осуществляется в цикле по времени как в случае моделирования переходных процессов, так и при расчете стационарных режимов. В последнем случае шаг по времени играет роль коэффициента, регулирующего скорость схо- димости итераций к стационарному распределению.
На каждом временном шаге в программе сначала определяются поля скоростей и давления теплоносителя, которые используются затем при расчете температур твэлов и теплоносителя. Как отмечено в предыдущем разделе, в алгоритме численного решения вместо уравнения неразрывности используется уравнение Пуассона для давления, поэтому в итерационной процедуре определения полей скоростей и давлений проверка интегрального баланса массы тепло- носителя в активной зоне используется в качестве критерия завер- шения итерационного процесса. Согласование полей температур в
140 твэлах и теплоносителе выполняется также итерационно, при этом количество итераций фиксировано и задается на входе программы.
Вход
Ввод исходных данных
Определение геометрических характеристик АЗ и ТВС
Расчет эффективной вязкости и коэффициента объемного гидравлического сопротивления
Расчет полей скоростей и давлений
Выполняется баланс массы?
нет да
Расчет коэффициентов теплоотдачи и эффективной теплопроводности
Расчет полей температур в твэлах
Расчет температуры и плотности теплоносителя
Определение локальных и интегральных тепловых балансов нет да
Расчет тепловых свойств твэлов
Вывод результатов расчета
Выход
Ци кл по в
рем ени
Превышено заданное число итераций?
Рис. 5.3. Структурная схема программы ТРЕТОН
141 Процесс согласования полей температур контролируется путем проверки выполнения ряда локальных и интегральных тепловых балансов в активной зоне. При расчете стационарных режимов вы- полнение баланса определяет момент завершения итераций, а в пе- реходных режимах величины дисбалансов могут рассматриваться в качестве индикатора степени нестационарности процесса. В про- грамме контролируются следующие тепловые балансы: – для каждой ТВС в каждой расчетной точке по высоте про- веряется совпадение выделенной энергии с энергией, пере- данной с поверхности в теплоноситель; – определяется дисбаланс между полным энерговыделением в активной зоне и энергией, отводимой теплоносителем из активной зоны; – в каждой расчетной точке разбиения активной зоны прове- ряется выполнение стационарного дискретного аналога уравнения сохранения энергии для теплоносителя. Описание основных процедур программы. Процедуры програм- мы сгруппированы в ряд модулей, каждый из которых предназна- чен для выполнения указанных на структурной схеме функций. Модуль расчета геометрических характеристик АЗ и ТВС – HeatHydroOnce считывает исходные данные из параметри- ческого файла и вызывает подпрограммы определения гео- метрии АЗ и ТВС, а также теплофизических свойств твэла и теплоносителя; – CrossConnection производит нумерацию граней ТВС по всей активной зоне и определяет номера соседних элементов; – HeatHydroGeometry определяет площади граней ТВС, их объемы и площади проходного сечения; – RodOnce получает данные о радиусе твэлов и их эквива- лентном диаметре из параметрического файла и рассчиты- вает относительные шаги решетки; – RodGeometry рассчитывает площади занимаемые топливом и оболочкой.
142
Модуль расчета замыкающих соотношений модели пористого тела
–
Kin_viscosity используется для расчета коэффициентов эф- фективной вязкости
;
–
FormFriction служит для определения коэффициентов объ- емного сопротивления потоку теплоносителя в продольном и поперечном направлениях;
–
HeatConduction результатом процедуры являются коэффи- циенты эффективной теплопроводности;
–
Alf служит для расчета коэффициентов теплоотдачи.
Модуль расчета полей скоростей и давлений
–
Viter служит для решения уравнений сохранения продоль- ной и поперечных компонент импульса;
–
Pes используется для подготовки источника в уравнении
Пуассона для давления;
–
Piter служит для решения уравнения Пуассона для давления;
–
V_zblockade используется для задания блокировки части поперечного сечения АЗ при рассмотрении аварийных про- цессов.
Модуль расчета полей температуры теплоносителя и твэлов
–
Heat служит для решения уравнения сохранения энергии теплоносителя;
–
Rod используется для решения уравнения теплопроводно- сти в твэле (уровень “ячейка-твэл”);
– rod_average служит для определения средних температур оболочки и твэла, необходимых для нейтронно- физического расчета;
–
InOut_f определяет средние температуры теплоносителя на входе в АЗ и выходе из нее.
143 Модуль расчета теплофизических свойств теплоносителя, топлива и оболочки твэлов – Density используется для расчета плотности теплоносителя; – RodProperty служит для определения коэффициентов теп- лопроводности, удельной теплоемкости и плотности топли- ва и оболочки. Описание ввода основных исходных параметров Раздел parameter(..) файла Thehyco.fh – n=100 – кол-во разбиений по высоте активной зоны, n ≥ 1; – n_rod=10 – кол-во разбиений по радиусу топливного столба твэла, n_rod ≥ 2; – type=1 – кол-во разных типов твэлов; – Pi=3.1415926 – число π; – Gravity=9.8 – ускорение свободного падения, м/с 2 ; – C_p1=4800 – удельная теплоемкость воды при нормальных условиях, Дж/(кг·К). Раздел RodList файла Thehyco.ini – tmp=0.75 3.86 4.25 4.55 – разбиение твэлов на контрольные объемы; указаны соответственно радиусы центрального от- верстия твэла, границы топливного столба, центра оболоч- ки, внешней границы оболочки, мм; – s_mesh=12.75 – шаг твэлов, мм; – d_mesh=9.1 – диаметр твэла, мм; – R_contact=0.00024 – контактное сопротивление топливо-оболочка, м 2 ·К/Вт. Раздел HEATandHYDROlist файла Thehyco.ini – dr=0.241 – поперечный размер расчетной области, м; – dz=0.118 – продольный размер расчетной области, м; – n_RodsInTBC= 317 – кол-во твэлов в ТВС, шт;
144
–
Disbalance=0.005 – расчетный дисбаланс;
– p_input=15800000 – входное давление, Па;
– p_output=15682100 – выходное давление, Па;
–
Расход теплоносителя определяется перепадом давления на активной зоне.
Раздел crd файла Thehyco.ini
В данном разделе указываются относительные поперечные ко- ординаты ТВС ( расчетных элементов ). Центральная кассета имеет координаты (0,0).
Файл T_IN.txt
Задается входная температура теплоносителя, ºС. Номер строки соответствует номеру кассеты на картограмме (рис. 5.4 ).
Рис.5.4. Поперечное сечение активной зоны
145
Файл TABL
Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара и таблицы критических расходов воды и пароводяной смеси.
Файл Q.txt
Задается распределение тепловыделения по всем расчетным элементам, Вт. Номер строки соответствует номеру кассеты на картограмме ( рис. 5.4 ), номер столбца соответствует порядковому номеру элемента, начиная снизу активной зоны. Размерность мас- сива элементов 163
×
n
Организация работы программного комплекса ТРЕТОН
Для запуска программы необходимо наличие в одной директо- рии следующих файлов:
TRETON.exe
– скомпилированный файл программы;
THEHYCO.ini
– файл с параметрами для расчета;
T_IN.txt
– файл с входными температурами;
Q.txt
– файл с входными температурами;
TABL
– таблицы свойств;
THEHYCO.dat
– файл с начальными распределениями темпе- ратур, скоростей и давлений ( необходим в случае продолжения расчетов ).
При запуске программы появится окно, в котором нужно вы- брать 0 (для нового расчета) или 1 (для продолжения старого рас- чета) и нажать Enter.
146 Далее необходимо ввести шаг по времени dt ( который фактиче- ски отвечает за степень сходимости ). Его величина зависит от про- странственного шага. Для выбранных разбиений эта величина со- ставляет 0.001. После чего начнется расчет, в ходе которого будут отображаться текущие локальные и интегральные тепловые дисбалансы в актив- ной зоне. Расчет продолжается до тех пор, пока не будут получена точ- ность, не более заданного Disbalance, или пока не кончится ука- занное в программе кол-во итераций. После каждой итерации про- исходит вывод в файл следующих основных результатов: – температура теплоносителя в каждой кассете по высоте ак- тивной зоны; – температура внутренней и наружной поверхности оболочки твэла в каждой кассете по высоте активной зоны; – температура топлива в каждой кассете по высоте активной зоны; – плотность теплоносителя в каждой кассете по высоте ак- тивной зоны; 147 – давление теплоносителя в каждой кассете по высоте актив- ной зоны; – скорость теплоносителя в каждой кассете по высоте актив- ной зоны; – расход теплоносителя в каждой кассете по высоте активной зоны; – тепловыделение в каждой кассете по высоте активной зоны; – распределение температурного поля в твэле; Формат вывода данных для распределений по высоте активной зоны следующий: номер столбца соответствует порядковому номе- ру элемента, начиная снизу активной зоны. Для распределений, полученных в поперечном сечении активной зоны, номер строки соответствует номеру кассеты на картограмме ( см. рис. 5.4 ), а для распределений температур по радиусу твэла – порядковому номеру кольцевого слоя твэла, начиная от центра. После завершения расчетов происходит также запись получен- ных трехмерных полей температур, скоростей, давлений, распреде- ления энерговыделения в файл THEHYCO.dat. Этот файл служит для продолжения расчетов (или новых расчетов) с использованием полученных распределений в качестве начальных условий. 5.3. Варианты лабораторных работ 5.3.1. Номинальный режим работы ВВЭР-1000 Цель работы Исследование и анализ полей энерговыделения и теплогидрав- лических параметров реактора ВВЭР-1000 при работе в стационар- ном состоянии на номинальной мощности. Задачи работы1. В соответствии с индивидуальным заданием, выданным препо- давателем, подготовить исходные данные для расчетов: вход- ная температура теплоносителя, распределение энерговыделе- ния по активной зоне, входное и выходное давление, геометри- ческие размеры элементов и др.
148 2. Провести расчеты с указанной точностью.
3. Найти кассеты с максимальными температурами теплоносителя на выходе из активной зоны, а также с максимальными темпе- ратурами оболочки и топлива.
4. Построить для найденных и полученной при задании кассет следующие графики:
4.1. Температуры теплоносителя, внутренней и наружной оболочки твэла по высоте активной зоны.
4.2. Температуры топлива по высоте активной зоны.
4.3. Плотности теплоносителя по высоте активной зоны.
4.4. Давления теплоносителя по высоте активной зоны.
4.5. Радиальное распределение температуры в твэле, где наблюдается максимальная температура топлива.
5. Построить распределения подогревов и расходов теплоносите- ля для каждой ТВС в поперечном сечении активной зоны.
6. Оформить отчет о выполнении работы, в котором описать по- ставленную задачу, привести исходные данные и результаты численных расчетов, сделать заключение о полученных резуль- татах.
Варианты задания
Индивидуальный вариант задания содержит следующую информацию.
1. Геометрические размеры твэла, ТВС, АЗ.
2. Кол-во твэлов в ТВС и ТВС в АЗ.
3. Тепловая мощность реактора.
4. Температура теплоносителя на входе в АЗ.
5. Давление теплоносителя на входе в АЗ.
6. Давление теплоносителя на выходе из АЗ.
7. Распределение энерговыделения в АЗ.
8. Точность расчетов.
5.3.2. Режимы работы ВВЭР-1000 на повышенной мощности
Цель работы
Исследование и анализ полей энерговыделения и теплогидравлических параметров реактора ВВЭР-1000 при работе
149 на повышенной мощности. Сравнение эксплуатационных параметров с номинальными. Задачи работы: 1. В соответствии с индивидуальным заданием, выданным препо- давателем, подготовить исходные данные для расчетов: вход- ная температура теплоносителя, распределение энерговыделе- ния по активной зоне, входное и выходное давление, геометри- ческие размеры элементов и др. 2. Провести расчеты с указанной точностью. 3. Найти кассеты с максимальными температурами теплоносителя на выходе из активной зоны, а также с максимальными темпе- ратурами оболочки и топлива. 4. Построить для найденных и полученной при задании кассет следующие графики: 4.1. Температуры теплоносителя, внутренней и наружной оболочки твэла по высоте активной зоны. 4.2. Температуры топлива по высоте активной зоны. 4.3. Плотности теплоносителя по высоте активной зоны. 4.4. Давления теплоносителя по высоте активной зоны. 4.5. Радиальное распределение температуры в твэле, где наблюдается максимальная температура топлива. Провести сравнение с аналогичными распределениями, найденным в лабораторной работе 5.3.1 для номинального режима работы. 5. Построить распределения подогревов и расходов теплоносите- ля для каждой ТВС в поперечном сечении активной зоны. 6. Определить уровни превышения температур теплоносителя, оболочки и топлива по сравнению с номинальным режимом ра- боты реактора. 7. Оформить отчет о выполнении работы, в котором описать по- ставленную задачу, привести исходные данные и результаты численных расчетов, сделать заключение о полученных резуль- татах и возможности безопасной работы реактора на данном уровне мощности.
150
Варианты задания
Индивидуальный вариант задания содержит следующую информацию.
1. Геометрические размеры твэла, ТВС, АЗ.
2. Кол-во твэлов в ТВС и ТВС в АЗ.
3. Уровень форсирования мощности реактора.
4. Температура теплоносителя на входе в АЗ.
5. Давление теплоносителя на входе в АЗ.
6. Расход теплоносителя.
7. Распределение энерговыделения в АЗ.
8. Точность расчетов.
5.3.3. Режимы работы ВВЭР-1000 с пониженным уровнем расхода
теплоносителя
Цель работы
Исследование и анализ полей энерговыделения и теплогидравлических параметров реактора ВВЭР-1000 при работе на неполном числе работающих главных циркуляционных насосов
(ГЦН).
Задачи работы
1. Подготовить исходные данные для расчетов: зоны с различны- ми температурами теплоносителя на входе в реактор, распреде- ление энерговыделения по активной зоне с соответствующим уменьшением мощности реактора, входное и выходное давле- ние, геометрические размеры элементов и др.
2. Провести расчеты с указанной точностью.
3. Найти кассеты с максимальными температурами теплоносителя на выходе из активной зоны, а также с максимальными темпе- ратурами оболочки и топлива.
4. Построить для найденных и полученной при задании кассет следующие графики:
4.1. Температуры теплоносителя, внутренней и наружной оболочки твэла по высоте активной зоны.
4.2. Температуры топлива по высоте активной зоны.
4.3. Плотности теплоносителя по высоте активной зоны.
151 4.4. Давления теплоносителя по высоте активной зоны.
4.5. Радиальное распределение температуры в твэле, где наблюдается максимальная температура топлива.
5. Построить распределения подогревов и расходов теплоносите- ля для каждой ТВС в поперечном сечении активной зоны.
6. Определить уровни превышения температур теплоносителя, оболочки и топлива по сравнению с номинальным режимом ра- боты реактора.
7. Оформить отчет о выполнении работы, в котором описать по- ставленную задачу, привести исходные данные и результаты численных расчетов, сделать заключение о полученных резуль- татах и возможности безопасной работы реактора при отклю- чении ГЦН.
Варианты задания
Индивидуальный вариант задания содержит следующую информацию.
1. Геометрические размеры твэла, ТВС, АЗ.
2. Кол-во твэлов в ТВС и ТВС в АЗ.
3. Месторасположение и количество отключенных ГЦН.
4. Уровень снижения мощности реактора.
5. Температуры теплоносителя на входе в АЗ.
6. Давление теплоносителя на входе в АЗ.
7. Расход теплоносителя.
8. Распределение энерговыделения в АЗ.
9. Точность расчетов.
5.4. Контрольные вопросы
1. Назовите основные положения модели пористого тела.
2. Какие объемы осреднения характерны для активных зон реак- торов в приближении модели пористого тела?
3. Какие условия используются на границе пористой среды?
4. Каковы основные идеи метода численного решения уравнений в программном комплексе ТРЕТОН?
5. Какие фрагменты используются в качестве элементов разбие- ния для компонент активной зоны реактора?
152 6. Какие виды граничных условий могут быть реализованы? 7. Какие численные методы используются для решения уравнений в программном комплексе ТРЕТОН? 8. Каким образом осуществляется проверка согласования полей температур, скоростей, давлений? Какие балансы проверяются? 9. Какие основные подпрограммы комплекса ТРЕТОН вы знаете? Для чего они предназначены? 10. Каким способом задаются входные значения теплофизических параметров, полей энерговыделения? 11. Какой набор файлов необходим для работы программного ком- плекса ТРЕТОН? 12. Какие расчетные данные можно наблюдать при выполнении программы? 13. Каковы критерии завершения работы программы? Какие дан- ные являются конечным результатом работы программного комплекса ТРЕТОН?
153
Список литературы
1. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: Учеб. по- собие для теплофизич. и теплоэнергетич. спец. вузов / Г.Н.
Дульнев, В.Г. Парфенов, А.В. Сигалов. М.: Высшая школа,
1990.
2. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и про- граммное обеспечение. М.: Мир, 2001.
3. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей.
В 2-х томах. М.: Мир, 1991.
4. Joseph E. Flaherty. CSCI, MATH 6860. Finite element analysis.
Lecture Notes: Spring 2000. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/.
5. Дворецкий С.И., Ермаков А.А., Иванов О.О., Акулинин Е.И.
Компьютерное моделирование процессов и аппаратов пище- вой, био- и химической технологии в среде FlexPDE: Учеб.
Пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2006.
6. Чернаков В.А., Осадчий М.А. Особенности современных мо- делирующих комплексов сложных технологических объектов
(на примере анализатора режимов АЭС с ВВЭР-1000). При- боры+автоматизация, №7. 2002.
7. Чернаков В.А., Кориковский К.П. Программный комплекс
ЭНИКАД. Приборы+автоматизация, №7. 2002.
8. Корсун А.С. Эффективная теплопроводность пористых структур, составленных из пучков стержней или труб// Теп- ломассообмен ММФ_4. Минск, 2000, Том 10. С.242-250.
9. Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1989.
10. Корсун А.С., Меринов И.Г., Харитонов В.С.
Эффективная теплопроводность теплоносителя, омывающего стержневую сборку// Труды Четвертой Российской национальной конфе- ренции по теплообмену: в 8 томах. Т.7. Радиационный и сложный теплообмен. Теплопроводность, теплоизоляция. –
М.: Издательский дом МЭИ, 2006, С.235-238.
11. Корсун А.С., Сатановский Э.А. Эффективная теплопровод- ность за счет скоростей отклонения при поперечном обтека- нии теплоносителем сборок стержней. //Труды РНКТ-4. В 8
154 томах. Т. 5. Двухфазные течения. Дисперсные потоки и по- ристые среды. М.: Издательство МЭИ, 2002, С. 231-234.
12. Субботин В.С. и др. Решение задач реакторной теплофизики на ЭВМ. М.: Атомиздат, 1979.
13. Митенков Ф.М., Головко В.Ф., Ушаков П.А., Юрьев Ю.С.
Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. М.: Энерго- атомиздат, 1988.
14. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по те- плогидравлическим расчетам. М.: Энергоатомиздат , 1990.
15. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гид- ромеханика и теплообмен. В 2-х томах. М.: Мир, 1990.
Юрий Александрович Маслов
Игорь Геннадьевич Меринов
Николай Олегович Рябов
Моделирование теплогидравлических процессов в реакторных установках и элементах теплообменного оборудования ЯЭУ
Лабораторный практикум
Редактор Т.В. Волвенкова
Подписано в печать 10.11.2008. Формат 60х84 1/16
Объем 9,75 п.л. Уч.-изд. л. 10,0. Тираж 120 экз.
Изд. № 3/55 Заказ №
Московский инженерно-физический институт
(государственный университет).
115409, Москва, Каширское ш., 31
Типография издательства «Тровант». г. Троицк Московской области
| 
Скачать 1.6 Mb.