RELAP5堆芯功率计算模型的扩展

为了更好地将反应堆热工水力最佳估算程序RELAP5应用于分析控制棒控制的反应堆堆芯的功率瞬变过程,堆芯功率计算模块除保留原程序中使用的点堆中子动力学模型外,还必须向轴向一维中子动力学模型进行扩展。本文通过在现有轴向一维物理程序基础上进行改造和开发,实现了RELAP5程序与一维物理程序的耦合,并且通过例题验证了耦合的正确性。     

核动力装置自然循环及其过渡过程计算模型的建立

为准确分析含反应性反馈的核动力装置自然循环及其过渡过程中重要参数的响应特性,以核动力装置瞬态最佳估算程序RELAP5/MOD3为基础,采用两群三维时空中子动力学模型替代RELAP5/MOD3的点堆模型,并建立三维空间内中子物理与热工水力的耦合模型,编制相应的计算程序。利用所研制的程序对实际核动力装置的自然循环及其过渡过程进行分析计算,并与试验结果进行比较。结果表明:本文建立的时空中子动力学计算模型克服了点堆方程不能准确计算反应性反馈的缺点,计算精度高,研制的程序可作为核动力装置强迫循环与自然循环及其过渡过程的计算分析工具。     

三维瞬态物理分析模型与RELAP5/mod3.2程序的耦合研究

在系统热工水力程序RELAP5/mod3.2的基础上,采用显式方法建立了堆芯三维时空中子动力学与一维热工水力计算的耦合模型,接入基于非线性迭代半解析节块法的三维瞬态物理分析模型(NLSANMT)后,形成了一个具有堆芯三维瞬态物理特性分析能力的系统计算程序NLSANMT/RELAP5(mod3.2).通过核动力反应堆温度反馈系数、堆芯功率分布参数的校算及单束控制棒失控抽出事故的模拟分析,验证了接口的正确性.验证结果表明,与RELAP5/mod3.2相比,所开发的NLSANMT/RELAP5(mod3.2)程序具有更强的堆芯物理瞬态分析能力.     

一体化压水堆强迫循环转自然循环过渡过程特性分析

针对一体化压水堆核动力装置,以核动力装置瞬态最佳估算程序RELAP5/MOD3为基础,采用两群三维时空中子动力学模型替代点堆模型,并建立三维空间内中子物理与热工水力的耦合模型,研制相应的计算程序。对一体化核动力装置强迫循环向自然循环转换过程进行仿真模拟。在过渡过程中,一体化压水堆核动力装置反应堆功率变化幅度较大,冷却剂流量的变化对一回路温度影响较大。     

RELAP5大空间自然对流管束传热模型改进及验证

基于经验证的单相和两相大空间自然对流管束传热模型,对RELAP5进行了改进,使得程序具备了模拟单相和两相大空间自然对流管束传热的能力。采用改进后的系统程序RELAP5和改进前的系统程序RELAP5对试验模拟体进行了对比计算,并采用试验数据对改进后的程序进行了验证,结果表明,改进后的系统程序计算结果与试验数据吻合较好。      

RELAP5—3D程序对RBMK-1500反应堆的模型验证

鉴于堆芯中子响应对RBMK．1500反应堆的重要作用，通过对伊格那林核电站（Ignalina nuclear power plant，INPP）中RBMK-1500反应堆特定瞬态的模拟，验证了RELAP5-3D程序对RBMK．1500的有效性。本文开发了一个适用于RBMK-1500的RELAP5-3D最佳估算模型，其计算结果与INPP的测量数据基本匹配。此外，基于RELAP5-3D最佳估算模型对单独主循环回路预测的热工水力参数和物理过程与RBMK-1500主回路发生的实际过程吻合良好，且计算得出的反应性和堆芯瞬态总功率与电厂的测量值也非常一致，这表明了该程序准确地模拟了堆芯中子响应过程。通过对RELAP5-3D模型的验证表明，该程序可以成功地运用于未来的RBMK-1500安全性计算。     

基于中子随机输运理论的物理-热工耦合研究

基于随机输运理论的中子动力学与热工水力的耦合可实现对不同程序的控制和数据传递。本工作研究基于单根燃料棒和3×3燃料棒束的MCNP5程序与CFD程序CFX的耦合。使用该耦合程序对先进球床高温反应堆（PB-AHTR）的堆芯进行计算,并与MCNP5与RELAP5-3D耦合程序的计算结果进行比较。由计算结果可见：在不同初始状态下,有效增殖因数经若干耦合计算后均趋于稳定,但伴随一定波动。结果表明,中子动力学与CFD的瞬态耦合是可行的,但其计算精确度和实用性需进一步验证研究。     

一种稳定性增强及高精度数值方法在RELAP5中的实现与评价

在计算稳定性的改进方面,修正RELAP5程序中的虚拟质量力(Virtual mass force)形式,同时添加了新的界面压力项(Interface pressure);在计算精度的改进方面,采用具有总变差减小(Total variation diminish,TVD)特点的高精度通量限制器(Flux limiter)方法取代RELAP5程序原本的一阶迎风方法来离散质量和能量守恒方程中的对流项。在模拟水平管道内空泡份额微扰随时间发展的数值实验中,相比改进前的RELAP5,改进后的RELAP5计算得到的微扰幅度并未增长;在模拟液相沉降的数值实验中,改进前的RELAP5程序计算得到了不真实的空泡份额分布,而改进后的RELAP5在不同的网格数量下能够得到收敛的稳定解。对Ransom水龙头数值实验和Marviken CFT 15大破口喷放实验的计算表明,改进后的具有二阶TVD格式的RELAP5程序能够得到更接近实验数据的计算结果。     

摇摆条件下非能动余热排出系统运行特性的试验与理论研究

在摇摆台架上对摇摆条件下的非能动余热排出系统运行特性进行了试验研究。在RELAP5/MOD3.2程序的基础上,采用漂移流模型替代两流体模型,通过修正混合物动量方程、冷凝传热模型,对程序进行改进,利用改进的RELAP5程序,对摇摆条件下的非能动余热排出系统进行了数值模拟,计算结果与试验结果相吻合,误差在10%以内。改进的冷凝换热关系式可较好地用于含有液滴夹带的冷凝换热计算。在摇摆试验中,凝水温度与蒸汽压力波动很小。     

压水堆核电厂一回路仿真可视化研究

对压水堆核电厂一回路系统及主要设备进行了详细分析,建立了点堆中子动力学模型、两相漂移流蒸汽发生器模型、三区不平衡稳压器模型和主循环泵四象限特性模型,并以此为基础使用FORTRAN90语言和Visual C++语言通过混合编程的方法开发了核电厂仿真分析程序,实现了对压水堆核电厂一回路主要设备及全系统的可视化仿真计算。软件提供实时绘图、缩放等可视化功能,还提供了数据结果的标准图片格式和标准文本格式输出。通过将程序的计算结果与RELAP5/MOD3.0计算结果进行比较,对程序的可靠性进行了验证。     

基于RELAP5的汽轮机仿真模型研究

建立了一个能准确反映级内部非等熵过程及动态运行特性的汽轮机模型,并将其加载到RELAP5程序中,完成RELAP5汽轮机模型的改进。改进的汽轮机模型是基于级内蒸汽的流动和做功特点,充分考虑了汽轮机结构参数以及汽轮机湿蒸汽流的非平衡两相凝结而形成的凝结冲波现象的影响。通过RELAP5程序内部耦合接口的建立和输入处理子程序的修改,实现了汽轮机模型的加载。以秦山一期300 MW核电厂汽轮机部件为对象,分别利用原RELAP5汽轮机模型和改进的汽轮机模型对其进行稳态和动态的仿真计算和比较分析。结果表明,改进的汽轮机模型能更准确地反映汽轮机动态运行特性。     

Development of Ignalina NPP RBMK-1500 reactor RELAP5-3D model

This paper deals with the development of an integrated thermal-hydraulics–neutronics model for RBMK-1500 reactors for the analysis of specific plant transients in which the neutronic response of the core is important. A successful best estimate coupled RELAP5-3D model of Ignalina nuclear power plant (NPP) has been developed. The validation of the thermal-hydraulic model has been performed using operational transients from Ignalina NPP. The results of the calculations obtained with the RELAP5-3D model compare reasonably with the real plant data. The RELAP5-3D nodal kinetics model provides reasonable agreement with Ignalina NPP reactor power and coolant density profiles. The eigenvalue is close to unity, indicating that reasonable values are calculated for the neutron fluxes.     

核电站工程模拟器中的RELAP5建模

文章涉及数值反应堆系统(DRS)组成部分之一的核电站热工水力模块的PELAP5建模方法。建模分为:RELAP5源程序的改造;利用原始RELAP5进行电厂的常规建模;利用改造后的RELAP5进行电厂的特殊建模。该电厂模型构造方法不仅可动态采集RELAP5模型节点上的参数,且可动态控制节点上的部分参数,满足核电站工程模拟器的要求。     

Thermal hydraulic analysis of the IPR-R1 TRIGA research reactor using a RELAP5 model

The RELAP5 code is widely used for thermal hydraulic studies of commercial nuclear power plants. Current investigations and code adaptations have demonstrated that the RELAP5 code can be also applied for thermal hydraulic analysis of nuclear research reactors with good predictions. Therefore, as a contribution to the assessment of RELAP5/MOD3.3 for research reactors analysis, this work presents steady-state and transient calculation results performed using a RELAP5 model to simulate the IPR-R1 TRIGA research reactor at 50 kilowatts (kW) of power operation. The reactor is located in the Nuclear Technology Development Center (CDTN), Brazil. It is a 250 kW, light water moderated and cooled, graphite-reflected, open pool type research reactor. The development and the assessment of a RELAP5 model for the IPR-R1 TRIGA are presented. Experimental data were considered in the process of the RELAP5 model validation. The RELAP5 results were also compared with calculated data from the STHIRP-1 (Research Reactors Thermal Hydraulic Simulation) code. The results obtained have shown that the RELAP5 model for the IPR-R1 TRIGA reproduces the actual steady-state reactor behavior in good agreement with the available data.     

State-of-the-art computer code RELAP5 validation with RBMK-related separate phenomena data

Validation of the RBMK model, developed by employing best estimate system computer code RELAP5 is performed by employing the data from NPPs operation or from integral and separate effects facilities.Validation of the models on the basis of separate phenomena is necessary to perform due to the fact that RELAP5 code has been developed for PWRs, which operate at different conditions (pressure, temperature, coolant void fraction, etc.) from RBMKs. In addition to that, there is a number of phenomena specific for RBMK type reactors (oscillatory flow rate behaviour in parallel channels, flow stagnation in channels, stratification in long horizontal piping, etc.), which have not been studied during RELAP5 validation for PWRs.In the paper, RELAP5 models for separate effects related to RBMK-1500 are presented and modelling of transients is performed. Obtained results are compared with experimental data.     

Assessment of RELAP5 point kinetic model against reactivity insertion transient in the IAEA 10 MW MTR research reactor

The current study emphasizes an aspect related to the assessment of a model embedded in a computer code. The study concerns more particularly the point neutron kinetics model of the RELAP5/Mod3 code which is worldwide used. The model is assessed against positive reactivity insertion transient taking into account calculations involving thermal-hydraulic feedback as well as transients with no feedback effects. It was concluded that the RELAP5 point kinetics model provides unphysical power evolution trends due most probably to a bug during the programming process.     

RELAP5程序耦合接口的开发

以RELAP5程序为对象,研究其内部编程结构,建立了包括耦合参数输出、输入和时间步长控制的耦合接口模型,并利用并行虚拟机(PVM)技术对耦合接口进行了编程实现.两种类型的耦合测试计算表明,RELAP5耦合接口的开发足成功的,可以作为与其他程序耦合的基础.