Моделирование тепловых структур в комплексе кодов РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ представляет собой важную часть общей процедуры численного моделирования различных режимов работы ЯЭУ и других сложных теплогидравлических систем: экспериментальных установок, стендов и др. − процедуры, описанной в томе 8 документации по коду. Энергонапряженность является характерной особенностью большинства моделируемых кодом структур. Для успешного моделирования систем и получения надежных результатов, с одной стороны, необходимо адекватно описывать процессы конвективного переноса энергии между тепловыми структурами и теплоносителем и лучистый теплоперенос непосредственно между тепловыми структурами. С другой стороны, столь же важно корректно описывать возникающие в объеме тепловых структур распределения температуры, физико-химические процессы в материалах (фазовые превращения, химические реакции), изменения геометрии тепловых структур и так далее.
В коде РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ предусмотрена возможность использования для описания состояния твердых тепловых структур и для их взаимодействия с теплогидравлической системой трех моделей. Этим трем моделям соответствует в коде наличие трех типов объектов, называемых тепловыми элементами (ТЭ):
- ТЭ, свойства которых рассчитываются по моделям кода РАТЕГ;
- ТЭ, свойства которых рассчитываются по моделям кода CAFR;
- ТЭ, свойства которых рассчитываются по моделям кода СВЕЧА.
Из перечисленных трех типов только использование теплового элемента третьего типа − «свечного» ТЭ − предоставляет возможность моделирования тепловых структур с меняющимися геометрией и химическим составом. Это объясняется тем, что в структуре тяжелоаварийного кода СВЕЧА и в моделях, заложенных в этот код, с самого начала был принят подход, при котором ведется детальное рассмотрение физических и химических процессов в каждом отдельном аксиальном слое представительного теплового элемента (ТВЭЛ, контрольный стержень, труба БЗТ, выгородка а.з., опорная плита и т.д.). Представительный тепловой элемент (ТЭ) в СВЕЧЕ традиционно носит также название компонент. Считается, что любой ТЭ обладает аксиальной симметрией.
Нодализация, которая может быть использована для тепловых структур, в значительной степени определяется нодализацией, выбранной для моделирования теплогидравлической сети. Каждая тепловая структура имеет две границы, условно − левую и правую. По крайней мере, одна из границ обязана быть жестко связана с некоторой последовательностью ячеек теплогидравлической сети РАТЕГа, и разбиение ТЭ на области вдоль оси обязано строго соответствовать разбиению на ячейки в теплогидравлической сети.
Теплогидравлическая сеть РАТЕГа является одномерной, хотя она может быть сколь угодно сильно разветвленной. Поэтому для адекватного моделирования трехмерных тепловых структур, помещаемых в эту одномерную теплогидравлическую сеть, необходимо воспользоваться тем обстоятельством, что любая совокупность тепловых структур может разбиваться на отдельные подобласти.
Как правило, осуществляется аксиальное разбиение на отдельные высотные расчетные ячейки, а также, при необходимости, радиальное разбиение кратных тепловых структур на подобласти (или «зоны»), в каждой из которых рассматривается один представительный ТЭ. Разные представительные ТЭ могут помещаться как в одни и те же объемы теплогидравлической сети, так и, например, в параллельные каналы. Способ разбиения тепловых структур на зоны в радиальном направлении должен определяться спецификой моделируемой задачи. То есть зоны могут быть кольцевые, азимутальные и т.д. Для получения интегральных характеристик (например, величины интегрального выхода водорода) затем используется информация о кратности представительных ТЭ в каждой из рассматриваемых групп.
Таким образом, типичная нодализация заключается в:
- разбиении всего массива тепловых структур на отдельные группы в горизонтальной плоскости сечения (в результате чего образуются отдельные компоненты, каждая со своей кратностью);
- привязке каждого компонента к соответствующим «теплогидравлическим объемам»;
- аксиальном разбиении каждого компонента на несколько высотных ячеек (при этом возможно различное аксиальное разбиение для различных компонентов, так как число областей, на которые разбивается ТЭ вдоль оси, жестко определяется числом ячеек теплогидравлической сети, в которые помещен конкретный компонент, что является следствием «одномерности» сети);
- радиальном разбиении каждого представительного ТЭ в соответствии с его материальной композицией, которая может быть как одинаковой, так и различной в разных областях ТЭ вдоль оси);
- введения в случае образования смеси различных веществ дополнительной детализации содержания отдельных материалов в составе смеси.
В случае если расчет ведется с использованием модуля ГЕФЕСТ для моделирования нестационарных процессов в НКС, необходимо дополнительно предусмотреть в нодализации объемы теплогидравлической сети, которые соответствуют НКС, поскольку через эти объемы должно осуществляться взаимодействие модулей РАТЕГ/СВЕЧА с модулем ГЕФЕСТ.
Заметим, что, как и в моделировании термогидравлических процессов в контурах и в моделировании элементов системы контроля и управления, − в моделировании тепловых структур произвольных энергонапряженных систем с помощью комплекса кодов РАТЕГ/СВЕЧА/ГЕФЕСТ можно условно выделить несколько этапов.
Эти этапы можно попытаться соотнести с обозначенными в томе 8 настоящей документации этапами моделирования системы в целом и для каждого этапа дополнительно отметить некоторые моменты, существенные при моделировании тепловых структур.
На первом этапе, при разработке расчетной модели системы, необходимо:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.