Разработка модели тепловых процессов ядерной энергетической установки ВВЭР-1000 для образовательных программ

Рассматривается ЯЭУ с ВВЭР-1000. Установка имеет два главных контура обратной связи:

• положительной тепловой обратной связи, обусловленной прокачкой теплоносителя по первому контуру;

• отрицательной обратной связи, обусловленной температурным коэффициентом реактивности.

Тепловая энергия Q пропорциональна плотности потока нейтронов реактора N. Это тепло нагревает теплоноситель от температуры Т1 на входе реактора до температуры Т2 на выходе из реактора. Принимаем, что расход теплоносителя – постоянный. Затем тепло из реактора отводится по трубам первого контура в парогенератор. При переносе теплоносителя из реактора в парогенератор и обратно учитываются время чистого запаздывания и перемешивание теплоносителя. Для анализа общей закономерности и оценки свойств переходных процессов в ЯЭУ достаточно рассмотрение простых уравнений и точечного представления объекта.

При получении системы уравнений были сделаны допущения:

1. использование уравнений нейтронной кинетики в форме, справедливой для реактора без отражателя;

2. пренебрежение переносом тепла путем теплопроводности вдоль оси твэлов;

3. приняты постоянными такие характеристики, как теплоемкость, теплопроводность, коэффициент теплоотдачи, плотность и др.

Используются уравнения кинетики в точечном приближении с одной усредненной группой запаздывающих нейтронов:

Тепловая система реактора описана двумя дифференциальными уравнениями теплового баланса для твэлов и теплоносителя, из которых исключив промежуточные переменные, можно получить соотношение между температурами теплоносителя на выходе и входе ЯР, которое в операторной форме записывается как

Для анализа процессов передачи тепла в парогенераторе принимаются некоторые основные упрощающие предположения:

• Температура питательной воды на входе во второй контур парогенератора и температура пара на выходе второго контура равны температуре насыщения;

• Выходная мощность считается пропорциональной расходу пара через регулирующий клапан турбины;

• Теплоемкость парогенератора в целом принимается как сумма теплоемкостей элементов парогенератора, воды и пара в нем. Таким образом: для первого контура уравнение (3) и для второго контура уравнение (4).

Величина задержки t при переносе теплоносителя по трубопроводу от ЯР к парогенератору и обратно определяется расходом теплоносителя и размерами трубопровода:

Дифференциальное уравнение перемешивания принято в простом виде:

Связь между уравнениями, описывающими процессы нейтронной физики и уравнениями, описывающими теплофизические процессы имеет следующий вид:

Структура программы реализована в виде четырехоконного интерфейса в среде программирования Delphi. Меню программы содержит поля ввода данных, демонстрационную схему исследуемого контура, поле графиков и кнопок управления, выполняющих следующие функции: ”сохранить”, ”справка”, ”В файл”, ”решить”, ”таблица”, ”выход”, “очистить”. Разделы теоретического материала и руководства пользователя реализованы в виде hlp-файлов справочной системы Windows. Результаты решения могут быть сброшены в текстовый файл для дальнейшей обработки. Графический модуль выполнен в виде закладок, позволяющих наблюдать переходные процессы в наиболее важных точках модели. Регистрируются температура на входе и выходе реактора, средняя температура теплоносителя, температура на выходе парогенератора, а также плотность потока нейтронов. При наблюдении каждого из процессов может быть вызвана таблица для уточнения полученных значений. Для удобства сопоставления все переходные кривые тепловых процессов могут быть вызваны в одном масштабе на один график. При вызове на регистрацию того или иного параметра на функциональной схеме системы зажигается сигнальная лампочка на выходе соответствующего блока модели.

Данная программа может быть использована для обучения студентов и в виде тренажера для работников АЭС.