Термогидравлический модуль РАТЕГ: модели, методы решения, страница 2

              Разностные уравнения линеаризуются частично методом Ньютона, частично (там, где есть сложности с определением производных) методом запаздывающих коэффициентов. Для решения систем линейных уравнений применяется решатель на основе прямого метода.

              Двумерные уравнения теплопроводности аппроксимируются линейной неявной схемой и решаются расщеплением по направлениям.

-  Модуль написан на языке FORTRAN90 c использованием динамического распределения памяти.

              Документ рассчитан на подготовленного читателя, знакомого с термогидравлическими кодами.

2 Краткая характеристика кода

2.1 Назначение кода

              РАТЕГ термогидравлический модуль, входящий в состав объединенного расчетного кода СОКРАТ, предназначенный для численного моделирования термогидравлики нормальных и аварийных режимов работы ядерных энергетических установок (ЯЭУ) и других сложных термогидравлических систем в целом.

2.2 Физические процессы, моделируемые кодом

              Код моделирует все основные процессы в РУ:

-  Течение двухфазного теплоносителя с примесью неконденсирующегося газа и жидкой примеси (борная кислота).

-  Теплоперенос в элементах РУ (ТВЭЛы, стенки каналов и др.).

-  Теплообмен теплоноситель-стенка (конвективный, пузырьковое кипение, кризис теплообмена, переходное кипение, пленочное кипение).

-  Теплообмен излучением.

              Для моделирования течения двухфазного теплоносителя с примесями неконденсируемых газов в РАТЕГ используется двухжидкостная модель, учитывающая существенные для аварийных режимов, особенности течения.

              Перенос тепла в элементах конструкции в программе может рассчитываться, как в одномерном, так и в двумерном приближениях.

              Для описания теплопереноса излучением при осушении используется алгебраическая модель.

2.3 Элементы ЯЭУ моделируемые кодом

              Набор моделей элементов систем, имеющийся в РАТЕГ (элементы системы контроля и управления, каналы, камеры, тепловые элементы (ТВЭЛы, стенки, и др.) гидроемкости, насосы, клапаны и др.) позволяет создавать полные расчетные модели РУ и моделировать рабочие и аварийные режимы работы.

2.4 Область применения по состоянию теплоносителя и конструкционных материалов

              Теплоноситель:

-  давление 0.000611 – 27,5 МПа;

-  температура 273,15 – 3000 К;

-  объемная концентрация неконденсирующихся газов 0 – 1.

              Конструкционные материалы: давление не ограничивается, температура от 273 К до температуры плавления.

2.5 База данных по свойствам материалов и теплоносителя

              Для описания свойств материалов используется собственный, легко пополняемый, набор данных.

2.6 Информация, задаваемая пользователем

-  Топология и геометрия РУ.

-  Параметры элементов оборудования (насосов, клапанов, системы контроля и управления и др.).

-  Свойства материалов (при отсутствии в базе данных).

-  Начальное состояние.

-  Граничные условия.

2.7 Подготовка входной информации

              В модуле РАТЕГ создан свой проблемно-ориентированный входной язык и интерпретатор этого языка. Входной файл РАТЕГ, набираемый на этом языке, представляет собой текстовый ASCII файл и может готовиться (редактироваться) любым текстовым редактором.

2.8 Выходная информация

              Выходные файлы РАТЕГ представляют собой тестовые файлы, которые могут просматриваться любым текстовым редактором. В выходные файлы выдаются:

-  пространственные состояния системы на заданные времена или с заданной частотой по времени или по шагам;

-  временные зависимости определенных величин в определенных частях системы или по системе в целом;

-  события, происходящие в системе (открытие/закрытие клапанов, включение/выключение насосов и др.).

3 Модели процессов и элементов ЯЭУ

3.1 Список обозначений к главе 2

A – проходное сечение канала, м²

A_i – удельная поверхность раздела фаз, площадь поверхности раздела фаз в единице объема, м ^–1

а – скорость звука м/с

с_к – теплоемкость при постоянном давлении, Дж × кг^-1×К^-1

D = 4A/П - гидравлический диаметр канала, м

F – площадь поверхности, м²

G = G_f +G_g – удельный массовый расход смеси, массовая скорость, кг×м^-2×с^-1

 - удельный массовый расход фазы, массовая скорость фазы, кг×м^-2×с^-1

g – ускорение свободного падения, м /с^-2

h_fg - удельная энтальпия фазового перехода, Дж /кг

h_k – удельная энтальпия фазы, Дж /кг

h_ik – удельная энтальпия фазы k на межфазной границе, Дж /кг

h_sk – удельная энтальпия фазы k в состоянии насыщения, Дж /кг

h_*k – удельная энтальпия «источника-стока» фазы k, Дж /кг

H_nom – номинальный напор насоса, м

-безразмерный напор насоса, м

J_nom - момент инерции ротора насоса, н×м×с²

j – массовая скорость, кг·м^-2·с^-1

K_k - коэффициент теплопроводности, вт × м^-1×К^-1

L – длина участка, м

 - безразмерный гидравлический момент сопротивления

М – гидравлический момент сопротивления

M_fr - момент сопротивления трения

P – давление, па

P_h – гидростатическое давление в горизонтальном канале, Па

 - число Прандтля

P_cr – критическое давление (для воды 22064000 Па)

Q – объемный расход теплоносителя, м³ с^-1

-безразмерный расход через насос

Q_nom - номинальный объемный расход через насос, м³×с^-1

Q_ik – объемная мощность теплопереноса между фазой и межфазной границей, вт×м^-3

Q_wk – объемная мощность теплопереноса между фазой и стенкой канала, вт×м^-3

Q_wi – объемная мощность теплопереноса между стенкой и межфазной границей, вт×м^-3 

Q_v – объемная мощность тепловыделения в единице объема, вт×м^-3

q =q _wg +q _wf +q _wi – плотность полного теплового потока от стенки к теплоносителю, вт×м^-2

q_wi  - плотность теплового потока от стенки к межфазной границе, вт×м^-2

q_wk – плотность теплового потока от стенки к фазе, вт×м^-2

q_rad,j - плотность потока результирующего излучения j-того теплового элемента (разность потоков излучения: получаемого и отдаваемого), вт/м²