Вдосконалення методів моделювання пошкодження оболонки паливного елемента ЯЕУ з ВВЕР для підвищення ефективності експлуатації

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.14 – теплові та ядерні енергоустановки – Одеський національний політехнічний університет МОН України, Одеса, 2015. У дисертаційній роботі запропоновано нове розв’язання науково- прикладного завдання, що полягає у вдосконаленні методу моделювання пошкодження оболонки паливного елемента, який враховує ксенонові і термоциклічні коливання для підвищення ефективності експлуатації ЯЕУ при виконанні вимог безпеки. Проведено аналіз об'єкта керування, методів і моделей, що використовують при моделюванні пошкодження оболонки паливного елемента. Розроблено динамічну імітаційну модель ЯЕУ з ВВЕР із зосередженими параметрами, що складається з моделей парогенератора, турбогенератора і циркуляційного контура, а також з багатошарової моделі реактора на базі ксенонових і термоциклічних коливань для оцінки аксіального офсету і пошкодження оболонки твела. Досліджено властивості ЯЕУ з ВВЕР- 1000 на основі критерію ефективності в циклічних режимах і перехідних процесах для різних статичних програм регулювання з притаманними їм внутрішніми збуреннями і їх впливом на аксіальний офсет і пошкодження оболонки твелів. Розроблено метод розрахунку ймовірності розгерметизації оболонок твелів в нормальних умовах експлуатації ВВЕР-1000 на основі врахування неоднорідності розподілу енерговиділення в ТВЗ і чинників, що визначають пошкодження. Проведено впровадження отриманих результатів і визначено їх ефективність.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 - тепловые и ядерные энергоустановки - Одесский национальный политехнический университет МОН Украины, Одесса, 2015. В диссертационной работе предложено новое решение научно-прикладной задачи, заключающейся в совершенствовании метода моделирования поврежденности оболочки топливного элемента, учитывающего возникающие ксеноновые и термоциклические колебания для повышения эффективности эксплуатации ЯЭУ при выполнении требований безопасности. Проведен анализ объекта управления, методов и моделей, используемых при моделировании поврежденности оболочки топливного элемента. Разработана динамическая имитационная модель ЯЭУ с ВВЭР с сосредоточенными параметрами, состоящая из моделей парогенератора, турбогенератора и циркуляционного контура, а также из многослойной модели реактора на базе возникающих ксеноновых и термоциклических колебаний для оценки аксиального офсета и поврежденности оболочки твэла. Исследованы свойства ЯЭУ с ВВЭР-1000 на основе критерия эффективности в циклических режимах и переходных процессах для различных статических программ регулирования с присущими им внутренними возмущениями и их влиянием на аксиальный офсет и поврежденность оболочки твэла. Разработан метод расчета вероятности разгерметизации оболочек твэлов в нормальных условиях эксплуатации ВВЭР- 1000 на основе учета неоднородности распределения энерговыделения в ТВС и факторов, определяющих поврежденность. В работе получила дальнейшее развитие имитационная модель ЯЭУ с сосредоточенными параметрами, состоящая из моделей парогенератора, турбогенератора и циркуляционного контура, отличающаяся тем, что с целью стабилизации энерговыделения в многослойную модель реактора введена система уравнений, которая описывает возникновение ксеноновых и термоциклических колебаний, вызванных изменением мощности ЯЭУ и перемещением стержней органов регулирования. Такое совместное решение позволило провести оценку аксиального офсета и поврежденности оболочки твэлов для текущего состояния реактора. На основе развития динамической имитационной модели нашла дальнейшее совершенствование модель статических программ регулирования на базе совместного решения уравнений, параметров и имитационной модели ЯЭУ, которая отличается тем, что для стабилизации текущей мощности в переходном процессе изменения входных параметров представляются как функции от времени, что позволило провести имитационное моделирование различных программ регулирования и определить меру влияния этих изменений на поврежденность оболочки и аксиальный офсет. Впервые разработан метод расчета вероятности разгерметизации оболочек твэлов на основе учета неоднородности распределения энерговыделения в ТВС и факторов, определяющих поврежденность оболочек, что позволило обосновать эксплуатационный режим ТВС, в котором величина деформационной поврежденности оболочек играет ограничивающую роль при определении их предельного состояния в режимах нормальной эксплуатации ВВЭР-1000; Проведено внедрение и определена эффективность полученных результатов.

Thesis for a Ph. D. degree in engineering by specialty 05.14.14 – thermal and nuclear power plants. – Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2015. The thesis proposes a new solution of the scientific and applied problem of improvement of the modeling method for calculation of the fuel element cladding damage based on taking into account the thermal cycling and emerging xenon oscillations, in order to increase the nuclear power unit operation efficiency and, at the same time, considering the security requirements. An analysis of the control object, methods and models used when calculating the fuel element cladding damage, has been done. A dynamic model of the VVER nuclear power unit based on the lumped modeling of steam generators, turbines and circulation loops, as well as using a multi-layer reactor model, considering the thermal cycling and emerging xenon oscillations, in order to evaluate the axial offset and the cladding damage parameter, has been developed. The VVER-1000 nuclear power unit properties based on the proposed efficiency criterion for cyclic operation and transient modes with different static control programs, considering their inherent internal disturbances and their influence on the axial offset and the fuel cladding damage parameter, have been studied. A method for calculating the fuel cladding failure probability at VVER-1000 normal operation, taking into account for fuel elements in any fuel assembly (FA) the energy release FA distribution nonuniformity, as well as the factors determining the cladding damage parameter, has been worked out