Теплогидравлические программы

Теплогидравлические программы и программные комплексы предназначены для дальнейших расчетов поведения АЭС, когда уже рассчитаны малогрупповые константы и проводится расчет динамических характеристик, позволяющих частично или полностью описать текущее состояние как активной зоны, так и сопутствующих ей установок (турбин, генераторов, водных контуров и т.д.).

Чаще всего данные программы используют довольно грубую модель АЭС для большей скорости расчетов и полученные таким образом данные имеют погрешности помимо изначально заданных данных и из-за огрубления, т.е. требуется учитывать данный факт при использовании данных, полученных этими программами.

DYN3D

Код DYN3D был разработан в FZ Rossendorf (Германия) [5] и используется для трёхмерного моделирования стационарных состояний и переходных процессов в активных зонах тепловых легководных реакторов с квадратными и гексагональными ТВС. Трёхмерная нейтронно-кинетическая модель данного кода основывается на нодальном методе решения двухгруппового диффузионного уравнения переноса нейтронов. Активная зона разбивается на аксиальные слои, обычно в количестве 12 штук. Нодами являются части ТВС внутри слоя. Макросечения постоянны внутри ноды. В геометрии (x, y, z) решаются три одномерных диффузионных уравнения в x -, y - и z -направлениях для потоков ноды, проинтегрированных в поперечных направлениях. В случае гексагональной- z геометрии решаются двумерное диффузионное уравнение в плане и одномерное диффузионное уравнение в z -направлении для потоков, проинтегрированных в поперечных направлениях. В каждой энергетической группе одномерные уравнения решаются с помощью разложения потока по полиномам (до второго порядка) и экспоненциальным функциям, являющимся решениями однородных уравнений. Источник деления в быстрой группе и источник рассеяния в тепловой, а также члены утечки аппроксимируются полиномами. Для " сшивки" нод в версии HEXNEM1 в радиальном направлении используются усреднённые по стороне значения тока и потока. В версии HEXNEM2, кроме этого, для " сшивки" используются ещё и значения тока, и потока в углах ТВС. Для решения диффузионных уравнений используется стратегия внутренних и внешних итераций. Ускорение сходимости внешних итераций (по источнику деления) осуществляется на основе чебышевской экстраполяции.

Стационарные задачи могут состоять в определении собственного значения, определении пространственно-энергетического распределения нейтронного потока при заданном фиксированном внешнем источнике, определении распределения функции ценности. Вывод реактора в критическое состояние может осуществляться несколькими способами: делением макроскопических сечений на эффективный коэффициент размножения, вариацией концентрации борной кислоты, вариацией мощности реактора (что важно при описании работы реактора на мощностном эффекте). В квазистационарном подходе рассматриваются процессы выгорания и отравления. Распределение выгорания по активной зоне и установившиеся (равновесные) концентрации ¹³⁵ Xe и ¹⁴⁹ Sm могут быть рассчитаны в качестве начального условия нестационарной задачи. Учитывается остаточное тепловыделение, принимая во внимание предысторию выделения мощности.

Решение зависящего от времени диффузионного уравнения, включающего уравнения для запаздывающих нейтронов каждой из нод, используется для расчётов переходных процессов в реакторе на тепловых нейтронах. Анализируются переходные процессы, вызванные следующими возмущениями: движением одного стержня или группы стержней, изменением входной температуры теплоносителя, изменением концентрации борной кислоты, изменением расхода теплоносителя, изменением давления. Нестационарные процессы могут моделироваться с учётом изменения концентраций ксенона и самария, а также принимая во внимание остаточное тепловыделение.

Рассмотрение нестационарных процессов, вызванных изменением реактивности, выполняется по неявной разностной схеме с использованием метода экспоненциальной подгонки для интегрирования уравнений по временным шагам нейтронно-физической части задачи. Экспоненты в каждой ноде рассчитываются исходя из предыдущего временного шага или в течение итераций. Уравнения для предшественников запаздывающих нейтронов решаются аналитически, предполагая экспоненциальное поведение источников деления в течение временных шагов. Результирующие уравнения нестационарной задачи для каждого временного шага решаются аналогично стационарной задаче, посредством внутренних и внешних итераций.

Позволяет проводить расчеты:

· Выгорание топлива;

· Динамическое моделирование поведения сборки(критичность) в заданных условиях;

· Энерговыделение;

Особенности программы:

· Геометрия сильно упрощена для упрощения расчетов, т.е. достигаемая точность может быть недостаточна при моделировании АЭС;

· Не требовательна к ресурсам, может запускаться на персональном компьютере;

· Не способна распараллеливаться на несколько вычислительных узлов;

ATHLET

ATHLET — термогидравлический код, созданный в Германии компанией Gesellschaft fü r Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS), с целью моделировать поведение турбин АЭС в различных ситуациях. Пригоден для множества различных задач теплогидравлики, если задать соответствующие начальные и граничные условия. Обычно используется в связке с другими программными комплексами, наподобие БИПР или DYN3D для более точной оценки поведения АЭС. Позволяет использовать все часто используемые типы труб при моделировании геометрии, использует двух-жидкостной метод моделирования с разделением на пар и жидкость при численных расчетах. Может применять несколько различных методов численного решения ОДУ для решения поставленных задач(уравнения теплогидравлики). С помощью данной программы можно моделировать поведение всей системы турбин, труб, насосов, присущей современной АЭС.

Может проводить расчеты:

· Тепло- и теплогидродинамики АЭС;

· Нейтронной кинетики;

· Полное моделирование поведения турбин АЭС;

Особенности кода;

· Не требователен к ресурсам, можно запустить на персональном компьютере;

· Не распараллеливается;

· Хорошие возможности задания геометрии системы;

· Есть графический интерфейс;

· Множество подключаемых модулей для решения всех возможных задач теплогидравлики;

Таблица 2.1 Особенности рассматриваемых кодов