Описание системного тяжелоаварийного кода РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ, предназначенного для моделирования внутрикорпусной фазы запроектных аварий на РУ ВВЭР-1000, страница 6

-  доокисление материалов, поступивших в НКС в ходе деградации а.з.

2.3 Модуль расчета плавления корзины шахты и корпуса реактора − программный модуль ГЕФЕСТ

2.3.1 Общие сведения

              Программа ГЕФЕСТ может быть использована при исследовании развития ТА в реакторах типа ВВЭР для различных сценариев и допущений о ходе процессов, а также для обоснования температурного режима начальной стадии заполнения УЛР. При надлежащем задании входных данных программа может быть использована для моделирования аналогичных теплофизических процессов в других устройствах и конструкциях.

              Программа для ЭВМ "ГЕФЕСТ" разработана в ИБРАЭ РАН г.Москва.

              Программа может работать как в "сквозном" расчете ТА в составе комплекса "РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ", так и автономно, при наличии соответствующих входных данных.

              Программа написана на языке Фортран-77 и включает в себя только стандартные конструкции языка.

              В основе моделирования тяжелоаварийных процессов лежит численное решение нелинейной двухмерной задачи теплопроводности методом конечных элементов (МКЭ).

              Основные интегральные характеристики процессов разрушения корпуса на выходе программы:

-  время и место разрушения корпуса, временной ход поступления расплава реакторных материалов в УЛР;

-  масса и состав вещества, поступающего в УЛР, его температура и теплосодержание.

              Методика расчета описана в [ 5.6 ], входные и выходные данные – в [ 5.7 ].

              Результаты расчета включают в себя текстовые файлы таблиц выходных данных в последовательные моменты времени и двоичные файлы последовательных пространственных распределений физических величин. Визуализация распределений-результатов расчета производится отдельной программой постпроцессором HefestView.

2.3.2 Краткое описание основных моделей программного модуля ГЕФЕСТ

              Программа ГЕФЕСТ предназначена для моделирования процессов в нижней части реактора типа ВВЭР, состоящих в заполнении пространства НКС веществом разрушающейся а.з., разогреве, плавлении и разрушении конструкций и корпуса реактора с последующим поэтапным выходом расплава из корпуса. Расчет ГЕФЕСТа согласован с расчетом процессов в остальной части РУ, осуществляемых модулями СВЕЧА и РАТЕГ путем обмена вычисляемыми параметрами на каждом шаге по времени. Программа позволяет решать следующие задачи:

-  Расчет теплового режима нижней части корпуса, учитывающий:

-  геометрию областей с криволинейными границами и состоящих из разнородных материалов со свойствами, зависящими от температуры;

-  возможность использования при моделировании процессов граничных условий различных типов: адиабатических, температурных, потоковых, теплообмена по закону Ньютона (3-го рода), радиационных;

-  условия теплосъема с поверхности корпуса и расплава (паро-водяное охлаждение, теплообмен излучением);

-  распределение и перемещение веществ а.з. в рамках предположений сценария аварии, результирующий состав в данном месте расчетной области и средний состав образующегося расплава.

-  Расчет термомеханических процессов, учитывающий;

-  напряженно-деформированное состояние твердого тела, связанное с тепловыми деформациями, осуществляемое в приближении, что напряжения и деформации не влияют на теплоперенос;

-  упрочнение материалов, которое связано с пластической деформацией;

-  высокотемпературную ползучесть;

-  контактное взаимодействие на границах подобластей;

-  разрушение конструкций с учетом различных сценариев (потеря несущей способности, образование отверстия и др.) на основании критериев разрушения.

              Путем прямых численных расчетов программа ГЕФЕСТ позволяет исследовать влияние соотношения входных параметров на временной ход процессов теплового разрушения НКС и корпуса, а также на количество, состав и температуру материала, выходящего после разрушения.

              Ограничения на область применения и точность получаемых результатов вытекают из физических допущений, используемых при построении алгоритмов методики расчета.

2.3.3 Физические процессы, моделируемые кодом

              Код предназначен для моделирования нестационарных процессов в нижней части корпуса реактора типа ВВЭР (включая НКС, пространство между подвесной корзиной шахты и корпусом реактора, а также сам корпус реактора):

              При гипотетической аварии с центральным разрушением ДР основные «глобальные» задачи-процессы таковы:

-  Тепловое разрушение ДР;

-  Тепловое разрушение ПКШ;

-  Разогрев и тепловое разрушение корпуса;

-  Деформирование и механическое разрушение корпуса

              При моделировании названных задач, соответствующих стадиям процесса разрушения, кодом моделируются следующие явления:

-  разогрев, плавление и распространение границы расплава;

-  теплообмен излучением в щелях и полостях сложной формы;

-  неоднородное в пространстве и во времени распределение мощности источников;

-  стратификация в расплаве в объеме НКС;

-  эффект фокусировки теплового потока при проплавлении стенки;

-  разрушение корпуса и его тепловая эрозия после начального разрушения, сопровождаемая удалением (вытеканием) расплава из корпуса;

-  дополнительное «доокисление» Zr при взаимодействии с водой в объеме НКС;

-  при больших давлениях в корпусе − термомеханическое разрушение;

-  поступление материалов в УЛР («очередность» поступления и состав расплава).

3 Технология моделирования

3.1 Общая технология моделирования тепловых структур