ТЕРМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ РАТЕГ. МОДЕЛИ, МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
РЕФЕРАТ
Отчет содержит: страниц 114, рисунков – 17, источников – 28
Ключевые слова: ядерная энергетическая установка, термогидравлика, двухжидкостная модель, теплоперенос излучением, неконденсируемые газы, численное моделирование, метод решения, программная реализация
Двухжидкостной термогидравлический модуль РАТЕГ объединенного расчетного кода СОКРАТ предназначен для моделирования рабочих и аварийных режимов работы ядерных энергетических установок и других термогидравлических систем. РАТЕГ дает возможность создавать полные расчетные модели ядерных энергетических установок, включая системы управления и регулирования, и моделировать их работу с учетом следующих процессов: течение двухфазного теплоносителя с примесью неконденсирующихся газов и борной кислоты, перенос тепла в элементах ЯЭУ (ТВЭЛы, стенки каналов и др.), теплообмен теплоноситель-стенка, теплоперенос излучением и др.
В данном документе описаны модели и методы численного решения, положенные в основу модуля РАТЕГ.
Содержание
ТЕРМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ РАТЕГ. МОДЕЛИ, МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ 1
ВВЕДЕНИЕ 2
1. Краткая характеристика кода 4
1.1. Назначение кода 4
1.2. Физические процессы, моделируемые кодом 4
1.3. Элементы ЯЭУ моделируемые кодом 4
1.4. Область применения по состоянию теплоносителя и конструкционных материалов 4
1.5. База данных по свойствам материалов и теплоносителя 4
1.6. Информация, задаваемая пользователем 4
1.7. Подготовка входной информации 4
1.8. Выходная информация 5
2. Модели процессов и элементов ЯЭУ 6
2.1. Список обозначений к главе 2 6
2.2. Модель течения теплоносителя 8
2.2.1. Основные предположения 8
2.2.2. Законы сохранения 8
2.2.3. Карта режимов течения 9
2.2.4. Межфазные взаимодействия 11
2.2.5. Взаимодействия теплоносителя со стенками каналов 18
2.2.6. Гидростатическое давление в горизонтальном канале 27
2.2.7. Критическое течение 27
2.2.8. Уравнения состояния и теплофизические свойства 31
2.3. Тепловые элементы 32
2.3.1. Теплоперенос в тепловых элементах 33
2.3.2. Теплообмен излучением при осушении а.з. 33
2.3.3. Теплофизические свойства твердых материалов 35
2.4. Модели компонентов ЯЭУ 35
2.4.1. Канал 35
2.4.2. Камера 35
2.4.3. Условия на границах 36
2.4.4. Насосы 36
2.4.5. Емкости 37
2.4.6. Клапаны (задвижки) 38
2.4.7. Система контроля и управления 38
2.4.8. Модели, связанные с внешними кодами 41
3. Методы численного решения 43
3.1. Список обозначений к главе 3 43
3.2. Аппроксимация модели течения теплоносителя 45
3.2.1. Аппроксимация по времени 45
3.2.2. Пространственная аппроксимация 46
3.2.3. Аппроксимация обменных членов 51
3.2.4. Аппроксимация уравнения переноса примеси 52
3.2.5. Аппроксимация моделей критического течения 52
3.3. Аппроксимация уравнений теплопроводности 54
3.4. Аппроксимация моделей компонентов ЯЭУ 56
3.4.1. Центробежный насос 56
3.4.2. Емкость 57
3.5. Методы решения разностных уравнений 58
3.5.1. Общая схема решения 58
3.5.2. Решение уравнений гидравлики 58
3.5.3. Расчет параметров парогазовой смеси 59
3.5.4. Расчет теплопереноса излучением 62
3.5.5. Решение уравнений теплопроводности 62
3.6. Методы решения систем линейных уравнений 62
3.7. Критерии точности и выбор временного шага 62
3.7.1. Ограничение шага условиями сохранения массы 64
3.7.2. Ограничение шага по изменению температуры стенки 65
3.7.3. Ограничение шага по числу итераций 65
3.7.4. Ограничение шага по скорости изменения табличных величин 65
3.7.5. Перечет шага при выходе параметров теплоносителя за допустимые значения 66
3.7.6. Ограничение шага по теплообмену стенка - газовая фаза 66
3.7.7. Ограничение шага по межфазному массообмену 66
3.7.8. Пересчет шага по межфазному массообмену 67
3.7.9. Ограничения шага по величине изменения параметров теплоносителя на шаге 67
3.8. Контроль входной информации 68
3.8.1. Проверка замкнутости контуров 68
Системный двухжидкостной термогидравлический модуль РАТЕГ [ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ] разрабатывается для моделирования рабочих и аварийных режимов работы ядерных энергетических установок, в составе объединенного расчетного кода СОКРАТ. В этом документе описаны модели процессов и элементов оборудования, реализованные в коде, численные методы и основы программной реализации.
В первой главе дается краткая общая характеристика кода.
Вторая глава посвящена описанию моделей элементов системы и процессов реализованных в РАТЕГ.
Наборы моделей элементов термогидравлических систем (канал, камера, насос, клапан, и др.) а также моделей систем автоматического регулирования (датчик, триггер, преобразователь, и др.) созданных в РАТЕГ дают возможность создавать полные расчетные модели сложных термогидравлических систем, включая и системы управления и автоматического регулирования.
Течение теплоносителя описывается в двухжидкостном гидравлическом приближении. Основные свойства модели течения теплоносителя:
- Двухфазность, многокомпонентность. Теплоноситель может находиться в двух состояниях: жидком и газообразном. Каждая фаза может включать несколько компонент: жидкая - воду и растворы (например, борная кислота), газовая – водяной пар и неконденсирующийся газ.
- Гетерогенность, скоростная и температурная неравновесность. Каждая фаза имеет свои: объем, скорость и температуру.
- Межфазные взаимодействия, тепломассообмен, трение зависящие от режима течения.
- Теплообмен со стенкой, зависящий от режима теплообмена (конвекция, пузырьковое кипение, кризис теплообмена, переходное кипение, пленочное кипение, конденсация).
- Источники массы и энергии.
Теплоперенос в тепловыделяющих элементах и других конструктивных элементах систем может моделироваться по выбору пользователя, как в одномерном, так и в двумерном приближениях.
При осушении активной зоны может учитываться теплоперенос излучением с использованием алгебраической модели.
В третьей главе описаны аппроксимации физических моделей и методы решения разностных уравнений. Уравнения, описывающие динамику теплоносителя, аппроксимируются линейной, полунеявной, одношаговой разностной схемой, в основу которой положена схема, предложенная в работе [ 13 ]. Эта аппроксимация позволяет использовать временные шаги, превышающие пределы Куранта, как для волнового, так и для конвективного переносов. Пространственная аппроксимация уравнений неразрывности и энергии строится методом конечных объемов с “донорным” определением потоков. Уравнения движения аппроксимируются в недивергентном виде с использованием аппроксимации “вверх по потоку” для конвективных производных.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.