Фёдоров Д. О. - Прогнозирование начальной динамики процесса парообразования в перегретой жидкости при движении волны декомпрессии
•Download as PPTX, PDF•
0 likes•273 views
Презентація учасника VIII Міжнародної літньої ядерної школи, яка пройшла на Рівненській АЕС у липні 2019 року
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (10)
Similar to Фёдоров Д. О. - Прогнозирование начальной динамики процесса парообразования в перегретой жидкости при движении волны декомпрессии
Similar to Фёдоров Д. О. - Прогнозирование начальной динамики процесса парообразования в перегретой жидкости при движении волны декомпрессии (7)
More from Ukrainian Nuclear Society
More from Ukrainian Nuclear Society (20)
Фёдоров Д. О. - Прогнозирование начальной динамики процесса парообразования в перегретой жидкости при движении волны декомпрессии
- 1. Докладчик: асистент каф. АЭС и ИТФ, Фёдоров Дмитрий Олегович Украина, г. Кузнецовск ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПАРООБРАЗОВАНИЯ В ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОЛНЫ ДЕКОМПРЕССИИ VIII ЛЕТНЯЯ ЯДЕРНАЯ ШКОЛА – 2019
- 2. СОДЕРЖАНИЕ Актуальность проблемы Механизм парообразования при декомпрессии Данные эксперимента и подходы к моделированию Расчетное согласие с экспериментом Предварительные результаты Выводы 2
- 3. 3 АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ Однофазная постановка, разрыв «холодной» нитки со стороны реактора Интегральное усилие на ШВК, ГУ RELAP Интегральное усилие на ШВК, ГУ CFX ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УСИЛИЯ В ~ 10 РАЗ ВЫШЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ CFD
- 4. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ Анализ начальной динамики при МПА ВВЭР-1000 в трехмерной постановке Однофазная постановка Двухфазная постановка (фазовый переход) ГУ на основе полуэмпирической теории • Корректная оценка величины давления и его динамики изменения • Создание надежной подсеточной модели фазового перехода 4
- 5. МЕХАНИЗМ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ДЕКОМПРЕССИИ I – Cavitation region II – Flashing Flow region Сложность: область II характеризируется не только механическим неравновесием но и теплофизическим. Последнее, во многом определяется степенью интенсивности зарождения паровой фазы. 5
- 6. ОБЩИЕ ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ЭДВАРДСА-ОБРАЙНА . 6
- 7. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ I – недогретая жидкость, II – перегретая жидкость (метастабильное состояние), III – нуклеация (неравновесное состояние), IV – равновесное состояние 7 Существующие допущения о механическом или тепловом равновесии между пузырьком и окружающей жидкостью при моделировании Механическое и теплофизическое Теплофизическое Механическое Step functionSeeding Pure nucleation Ps Ps Pi Ps Pi
- 8. РАСЧЕТНОЕ СОГЛАСИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ RELAP5 CFX (1D) 8
- 9. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ РАБОТЫ 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Давление,МПа Время, мс Exp CFX CFX (Frank) RELAP5 MOD 3.2 Рисунок 1. Давление в расчетном сечении 9
- 10. ВЫВОДЫ • Существующие подходы к моделированию динамики распространения волны декомпрессии в целом приемлемы. • При прогнозировании начальной динамики возникают трудности связанные с непосредственным расчетом/моделированием неравновесной области фазообразования. Также существует неопределенность в способности прогнозировать взрывообразное вскипание жидкости. • Помимо классических решений относительно скорости роста парового пузыря в монодисперсной постановке, возлагаются надежды на модифицированную функцию неравновесного фазового перехода, учитывающую «механическую» инерцию системы вода – пар. Предварительные расчёты показали, что введение исключительно «механической» инерции (аналог кавитации) позволяет корректно прогнозировать уровень давления на начальной динамике переходного процесса. При этом возникает проблема с оценкой объемного паросодержания. Предполагается, что введение полной неравновесной функции типа «фазовый переход» + «кавитация» позволит решить описанную расчетную проблему. • Успех данной модификации во многом определит возможность в целом, вид и подход процесса формирования подсеточной функции вскипания в частности, при усовершенствовании трехмерной CFD-модели ВВЭР-1000 для оценки начальной динамики при МПА в двухфазной постановке. 10
Editor's Notes
- В области исследований ядерной безопасности легководных реакторов, важно понимать факторы, определяющие межфазные переходы.
- Интерес к проблематике различных теплофизических и гидродинамических феноменов (критическое истечение, парообразование при резкой декомпрессии и т.д.), в целом определен приложениями паросилового цикла в энергетике. В частности, в атомной отрасли, это стимулировано работами в области анализа аварийных процессов, связанных с потерей теплоносителя при нарушениях герметичности контура охлаждения в ядерных энергетических установках.
- Считается, что МПА есть гипотетическим событием, которое может быть полностью спрогнозировано и исключено. Из-за вязкости материала ГЦТ, развитие трещины имеет монотонный характер во времени. Начиная с определенных размеров трещины из трубопровода начнет просачивается среда, которую можно детектировать. Это дает возможность контролировать динамику роста трещины, тем самым предупреждая разрушение трубопровода по поперечному сечению. Таким образом МПА можно отнести к сугубо гипотетическому событию (при условии отсутствия внешних факторов, например диверсии…) Несмотря на это МПА, как случившиеся событие рассматривается и анализируется влияние на элементы РУ в целом. Классической схемой анализа был расчет динамики процесса с помощью нодального кода, формирование ГУ для дальнейшего прочностного анализа. В силу специфики применения одномерных кодов с интерпретацией на трехмерный случай было принято решение детализировать начальную динамику волны декомпрессии используя CFD. В этом случаи формулируются силовые ГУ для дальнейшего прочностного анализа. Такие расчеты, есть очень сложными и ресурсоемкими, как с точки зрения подготовки моделей так и с точки зрения вычислений. В общем случае, корректность моделирования переходного процесса для краткосрочной/долгосрочной динамики определяется «качеством» моделирования кризиса течения в двухфазной среде. Отличительной особенностью «реального» и «гипотетического» есть геометрический масштаб течения (высота раскрытия трещины/диаметр трубопровода)
- По сути, смысл проблематики, на первоначальном этапе протекания процесса (1…4мс), сводится к существующей, относительно большой неточности прогнозирования (не написал чем) характеристик потока перегретой жидкости, во время движения в ней волны декомпрессии при интенсивном объемном парообразовании, Актуальность работы определяется как важностью понимания феномена в целом так и получением близкой к реалистичной картины при его моделировании в глубину(может разумно уточнить что имеется ввиду: степень дискретизации задачи, паровой взрыв, образование паровой подушки…). Что в свою очередь крайне важно при анализе начальной динамики МПА ВВЭР в двухфазной постановке задачи.
- Перегретая жидкость(метастабильное состояние) жидкость нагретая до температуры выше насыщения при текущем давлении. Величина перегрева жидкости имеет предел, выше которого происходит изменение фазы состояния. Различают два механизма достижения условия перегрева жидкости: прямой A’-B (нагрев) и обратный A-B (декомпрессия). Последний сопровождается специфическим динамическим парообразованием, часто называемым кавитацией или взрывным кипением. Следует отметить о принципиальной разнице в упомянутых терминах. Кавитация происходит при относительно низкой температуре (Cavitation region) когда плотность пара мала и небольшая величина перегрева достаточна для инициирования и поддержания процесса вскипания. При этом сам процесс расширения парового пузыря определяется механической неравновесностью(градиент давления на границе раздела). В отличие от кавитации, Паровой взрыв (Flashing region) протекает при высокой температуре и определяется теплофизической неравновесностью состояния. В таком случае скорость роста парового пузыря ограничена величиной межфазного теплового потока. Не смотря на то, что в реальности механическая и теплофизическая неравновесность существуют одновременно, в расчетной практике часто одной из них пренебрегают в зависимости от температуры или давления.
- Одним из эталонных инструментов для валилации-верификации расчетных кодов вычислительной гидродинамики на предмет прогнозирования характеристик мультифазного потока с интерфейсным массообменом, есть фундаментальный эксперимент Эдвардса-Обрайна. Основной физический смысл, которого состоит в прогнозировании характеристик потока перегретой жидкости во время движения в ней волны декомпрессии при интенсивном объемном парообразовании. Анализ экспериментальных данных по давлению показывает, что существует три характерных этапа в переходном процессе после разгерметизации. На первом этапе продолжительностью давление скачкообразно падает от начального до некоторого давления минимального. Колебания давления на этом этапе, очевидно определяется упругостью системы жидкость - труба. На втором этапе, давление возрастает, и достигает максимальной величины. Характер кривой давления на втором этапе разгерметизации объясняется двумя конкурирующими противоположно направленными воздействиями: парообразованием и стабилизацией критического расхода двухфазного потока через отверстие. После достижения минимальной величины давления по всей длине трубы начинается резкое парообразование. В результате объемное паросодержание скачкообразно растет, а вследствие инерции жидкости расход через разрушенную мембрану остается еще малой величиной. В этих условиях давление увеличивается. В дальнейшем сток массы из трубки превалирует над парообразованием, и давление начинает падает.
- В коммерческом средствах расчетной гидродинамики часто предполагается, что поле давления является общим для всей жидкости. В такой ситуации трудно принять во внимание влияние перепада давления (на границе раздела) на рост пузырьков и на скорость парообразования.
- Сравнение прогнозируемых и экспериментальных характеристик двухфазной среды
- Расчеты показали, что после прохождения быстрой волны разгрузки (~ 5 мс) и установления однородного давления внутри трубы, в соответствии с экспери- ментальными наблюдениями, вода переходит в метастабильное перегретое состояние. В областях перегретого состояния поддерживается режим неравновесного истечения, который предполагается связанным с капиллярными явлениями на межфазной поверхности, когда рост радиуса пузырьков ограничен, а увеличение объемного паросодержания происходит за счет зарождения новых пузырьков на посторонних гетерогенных примесных частицах, неоднородность которых приводит к растянутому по времени процессу образования новых пузырьков. В этих условиях перегретая вода из метастабильного состояния переходит в равновесное двухфазное состояние, и избыток внутренней энергии жидкости, обусловленный ее перегревом, тратится на образование пара. После превышения объемным паросодержанием предельной величины зарождение новых пузырьков прекращается, и процесс кипения происходит при росте пузырьков в равновесном режиме двухфазного течения, сопровождающимся неограниченным ростом радиуса пузырьков до пенной структуры и инверсией пузырьковой смеси в парокапельное состояние.