Numerical study of convective heat transfer between core and steam generator in severe accident with loss of heat removal to secondary side of VVER reactors

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The article discusses the possibility of overheating and failure of heat exchanging tubes in VVER steam generators in the course of severe accidents. The importance of this phenomenon is due to the risk of bypassing the containment by radioactive substances. Natural convection of superheated steam in the hot leg of the main circulation loop is considered as the major mechanism for heat transfer from the core to steam generators. To model convective flows and steam temperature distribution in a system, three-dimensional CFD codes are used. The simulation results demonstrate that the intensity of convective heat transfer from reactor to hot collector of steam generator is insufficient for significant heating and catastrophic degradation of strength of the heat exchange tubes material.

全文:

受限制的访问

作者简介

K. Dolganov

Nuclear Safety Institute of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: dolganov@ibrae.ac.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Krutikov

Gidropress Experimental Design Bureau

Email: dolganov@ibrae.ac.ru
俄罗斯联邦, Podolsk

A. Nikolaeva

Nuclear Safety Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: dolganov@ibrae.ac.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Bayless P.D. Analysis of natural circulation during a Surry station blackout using SCDAP/RELAP5, NUREG/CR-5214 (EGG-2547), EC&G Idaho Inc., September 1988.
  2. Domanus H.M. and Sha W.T. Analysis of Natural-Convection Phenomena in a 3-Loop PWR During a TMLB’ Transient using the COMMIX code, NUREG/CR-5070, ANL-87-54, Argonne National Laboratory, January 1988.
  3. Di Marzo М., Salehi M.A., Almenas K. Primary system transient heating in a severe accident scenario, Scientia Iranica, Vol.2, No.1, Sharif University of Technology, March 1995.
  4. Stewart W.A. et al. Natural Circulation Experiments for PWR Degraded Core Accidents, EPRI Report NP-6324-D, Westinghouse Electric Corporation, 1989.
  5. Stewart W.A. et al., Natural Circulation Experiments for PWR High Pressure Accidents, EPRI Project No. RP2177-5 Final Report, Westinghouse Electric Corporation, July 1992.
  6. Martinez G.M., et. а1. Independent review of SCDAP/RELAP5 Natural Circulation Calculations, SAND91-2089, Sandia National Laboratories, Jan. 1994.
  7. Park Jae Hong et al. PWR Hot Leg Natural Circulation Modeling with MELCOR Code, Proc. of the Korean Nuclear Society Autumn Meet., Taegu, Korea, October 1997.
  8. Knudson D.L., Ghan L.S., and Dobbe C.A. SCDAP/RELAP5 Evaluation Of The Potential For Steam Generator Tube Ruptures As A Result Of Severe Accidents In Operating Pressurized Water Reactors, INEEL/EXT-98-00286, Revision 1, INEEL, September 1998
  9. Bayless R.D., et al. Severe Accident Natural Circulation Studies at the INEL, NUREG/CR-6285 INEL-94/0016, Idaho National Engineering Laboratory, 1995.
  10. Risk Assessment of Severe Accident-Induced Steam Generator Tube Rupture, SGTR Severe Accident Working Group, NUREG-1570, U.S. NRC, March 1998.
  11. Boyd C.F., Hardesty K. CFD Analysis of 1/7th Scale Steam Generator Inlet Plenum Mixing During a PWR Severe Accident, NUREG-1781, U.S. NRC, 2003.
  12. Boyd C.F., Helton D.M., et Hardesty K. CFD Analysis of Full-Scale Steam Generator Inlet Plenum Mixing During a PWR Severe Accident, NUREG-1788, U.S. NRC, 2004.
  13. Boyd C.F. and Armstrong K.W. Computational Fluid Dynamics Analysis of Natural Circulation Flows in a Pressurized-Water Reactor Loop under Severe Accident Conditions, NUREG-1922, U.S. NRC, March 2010.
  14. Boyd C. CFD Prediction of Severe Accident Natural Circulation Flows in a Combustion Engineering Pressurized-Water Reactor Loop, ADAMS Accession No. ML16068A170, International Topical Meeting on Advances in Thermal Hydraulics 2016, New Orleans, LA, June 2016.
  15. Steam Generator Tube Integrity Risk Assessment, Volume 1: General Methodology, Revision 1 to TR-107623-V1, Final Report, EPRI, Palo Alto, March 2002.
  16. Sancaktar S., et al. Consequential SGTR Analysis for Westinghouse and Combustion Engineering Plants with Thermally Treated Alloy 600 and 690 Steam Generator Tubes, NUREG-2195, U.S. NRC, May 2018.
  17. Choi Dae Kyung, et al. Numerical Study of Natural Circulation Flow in Reactor Coolant System during a Severe Accident, Science and Technology of Nuclear Installations, Volume 2022, Article ID 4531040, https://doi.org/10.1155/2022/4531040.
  18. Kang Hyung Seok, et al. CFD Analysis for a Westinghouse Natural Circulation Experiment during Severe Accidents, Transactions of the Korean Nuclear Society Virtual Spring Meeting, July 9-10, 2020.
  19. Kim Sung Il, et al. Analysis of steam generator tube rupture accident for OPR 1000 nuclear power plant, Nuclear Engineering and Design, Volume 382, 2021, 111403, https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111403.
  20. High-temperature characteristics of stainless steels, American Iron and Steel Institute, Designer’s Handbook series No. 9004, 2020.
  21. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86, М.: Энергоатомиздат, 1989 г.
  22. Окопный Ю.А., Радин В.П., Чирков В.П. Механика материалов и конструкций. М: Машиностроение, 2001.
  23. Долганов К.С., Томащик Д.Ю., Киселев А.Е., Капустин А.В. Анализ возможности массового разрушения теплообменных труб ПГ при тяжелых авариях на РУ ВВЭР-1200/491, ИБРАЭ РАН, Москва.
  24. Morozov V.B., Kiselev A.E., Kiselev A.A., Dolganov K.S., Tomashchik D.Yu., and Krasnoperov S.N. Issues of Safety Assessment of New Russian NPP Projects in View of Current Requirements for the Probability of a Large Release, Nuclear Technology, 207:2, 204–216, 2021 DOI:

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Comparison of yield strength and tensile strength of AISI 321 [20] and 08Cr18Ni10T [21] steels as a function of temperature

下载 (137KB)
3. Fig. 2. Time dependence of the flow rate at the hot string inlet

下载 (198KB)
4. Fig. 3. Dependence of pressure in the hot string on time

下载 (194KB)
5. Fig. 4. Geometry with superimposed computational grid

下载 (107KB)
6. Fig. 5. Current lines in steady-state mode

下载 (107KB)
7. Fig. 6. Change of steam temperature in the centre of the collector at flow rates at the inlet to the hot string 1 and 2 kg/sec

下载 (129KB)
8. Fig. 7. Calculated area grid for the STAR CCM+ code

下载 (103KB)
9. Fig. 8. Temperature in a section of the calculation area (2500 s of calculation)

下载 (102KB)
10. Fig. 9. Current lines and velocity vector (2500 s calculation)

下载 (96KB)
11. Fig. 10. Temperature profile along line ‘a’ (2500 s of calculation)

下载 (133KB)
12. Fig. 11. Temperature profile along line ‘b’ (2500 s of calculation)

下载 (141KB)
13. Fig. 12. Variation of steam temperature in the centre of the GHG collector in the STAR CCM+ calculation. Green line - OpenFoam calculations, red line - STAR CCM+ calculations assuming ideal gas, blue line - STAR CCM+ calculations using NIST properties, black line - using NIST properties and considering collector metal

下载 (286KB)
14. Fig. 13. Variation of steam temperature at the centre of the PG collector and PG collector metal temperature in the STAR CCM+ calculation. Blue line - vapour temperature, NIST properties, black line - vapour temperature, NIST properties including collector metal, dashed line - collector metal temperature

下载 (158KB)
15. Fig. 14. Temperature profile along the line ‘c’ - collector axis (2500 s of calculation)

下载 (135KB)

版权所有 © Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».