Описание системного тяжелоаварийного кода РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ, предназначенного для моделирования внутрикорпусной фазы запроектных аварий на РУ ВВЭР-1000, страница 5

2.2.1 Краткое описание основных моделей программного модуля СВЕЧА

              Основные модели интегрального пакета СВЕЧА могут быть разбиты на следующие большие группы:

-  модель физико-химических процессов окисления защитных оболочек ТВЭЛов и их химического взаимодействия с топливными таблетками (модель основывается на численном решении диффузионной задачи по многослойной структуре окисляющегося ТВЭЛа);

-  модель процессов разрушения ТВЭЛов, вызванных растворением таблетки UO2 жидким циркалоем (на основе решения конвективного уравнения массопереноса для жидкой фазы и диффузионного уравнения для твердой фазы; модель описывает стадию насыщения раствора (“saturation”) и стадию выделения из раствора (“precipitation”), а также учитывает влияние оксидного слоя оболочки при одновременном растворении UO2 и ZrO2);

-  модель механического поведения оболочек ТВЭЛов, описывающая деформацию многослойной структуры с учетом зависимости физико-химических свойств оболочки от температуры, концентрации кислорода, скорости деформации и др.;

-  модель перемещения расплавленных материалов а.з. (основана на численном решении усредненных гидродинамических уравнений, учитывающих граничные условия «расплав — твердая структура», «расплав — теплоноситель», капиллярные эффекты и др.; анализ процессов разрушения ТВЭЛов с учетом различных типов течения расплава: капля, струя, пленка).

-  модель физико-химических процессов окисления нержавеющей стали ВКУ, выделения водорода и разрушения стальных конструкций в ходе тяжелой аварии (основана на решении параболического уравнения для привеса кислорода);

-  модель радиационного теплообмена между тепловыми структурами а.з. и ВКУ, с учетом изменения геометрии тепловых структур при деградации а.з.;

-  модель, описывающий теплоперенос через газовый зазор под оболочкой ТВЭЛов (определение давления под оболочкой, конвекционный, конвективный и радиационный теплоперенос);

-  модель теплового расширения материалов (как чистых веществ, так и смесей; она также описывает явления возникновения и «схлопывания» щелей между слоями);

-  модель расчета свойств простых материалов и их смесей (связь с базой данных свойств материалов);

-  модель перемещения участков ТВЭЛов и других структур как целое при образовании участков, имеющих массу, меньшую некоторой заданной величины;

-  модель описания плавления материалов (учет энергетики фазового перехода, анализ изменения геометрии);

-  модель описания формирования блокады канала с теплоносителем;

-  модель вычисления источников тепла в элементах конструкции при перемещении материалов (анализ распределения масс и энтальпий материалов по слоям);

-  модель электрического нагрева элементов конструкции (тепловыделение вычисляется с учетом изменения электросопротивления с температурой и изменений геометрии)

-  и т.д.

              Совокупность моделей, входящих в пакет, позволяет описать поведение ТВЭЛов и сборки от номинального состояния до полного обрушения а.з. РУ ВВЭР-1000.

              Включение в расчет (или выключение из него) для большинства моделей может быть выполнено посредством указания соответствующих опций во входном файле задачи. Описание опций и параметров см. в томе 9 настоящей документации.

              Подробное описание составных компонентов пакета СВЕЧА и результаты их верификации приводятся в томе 3, результаты верификации и тестирования объединенного кода РАТЕГ/СВЕЧА на ряде экспериментов приведены в томе 13 настоящей документации.

2.2.2 Физические процессы, моделируемые кодом

              Разрабатываемый комплекс предназначен для детального моделирования различных физических процессов и явлений, качество моделирования которых в значительной мере влияет на достоверность результатов анализа запроектной аварии РУ ВВЭР [ 5.9 ]:

-  внешнее окисление Zr оболочки паром

-  двустороннее окисление Zr оболочки паром, возникающее при разрушении оболочки и попадании пара в зазор между топливом и таблеткой;

-  выделение водорода в результате реакций окисления Zr;

-  влияния растрескивания оксидного слоя на скорость окисления Zr;

-  прекращение роста оксидных пленок в Zr оболочке в условиях кислородного голодания, и уменьшение их толщины вплоть до полного исчезновения

-  одновременное существование в определенном диапазоне температур (свыше 1500°C) двух фаз оксида ZrO2 тетрагональной и кубической.

-  взаимодействие UO2 топлива с Zr оболочкой “ в твердой фазе ” (при температурах ниже точки плавления Zr).

-  растворения UO2 топлива и образование керамических (U,Zr)O2-x частиц в расплаве при одновременном взаимодействии расплавленного Zr c UO2 топливом и слоем внешнего оксида ZrO2

-  окисление U-Zr-O смеси.

-  изменение конфигурации активной зоны вследствие перемещения расплава;

-  наступление блокировки каналов теплоносителя в результате стекания расплава;

-  разрушение ТВЭЛов при тяжелой аварии, включая разгерметизацию с выходом продуктов деления и вытекание расплава из-под окислившейся оболочки;

-  перенос значительного количества тепла со стекающим расплавом вниз;

-  интенсивное окисление расплава в паровой атмосфере, в процессе его стекания;

-  окисление стальных конструкций а.з. и ВКУ;

-  формирование оксидов железа, хрома и никеля в процессе окисления нержавеющей стали;

-  выделение водорода в результате реакций окисления стали;

-  тепловой эффект реакций окисления;

-  двустороннее окисление труб БЗТ в ходе аварии;

-  окисление в условиях “кислородного голодания”;

-  теплопередача между различными областями внутри корпуса реактора, включая перенос энергии излучением и естественной циркуляцией теплоносителя;