G3 Licentiate thesis

Ydinvoimalaitoksen painovoimaisen hätäjäähdytysjärjestelmän analysointi tietokoneohjelmilla


Publication Details
Authors: Vihavainen, Juhani

Publisher: Lappeenranta University of technology
Publication year: 1998
Language: Finnish
JUFO-Level of this publication:

Abstract
Tulevaisuuden ydinvoimalaitoksiin on suunniteltu yksinkertaistettuja turvajärjestelmiä, jotka ovat mahdollisimman vähän riippuvia ulkopuolisesta energiasta. Westinghousen kehittämään AP600 laitosmalliin on liitetty useita uuden-tyyppisiä turvajärjestelmiä, joissa painovoimainen hätäjäähdytys korvaa pumpuilla toimivat järjestelmät. AP600:n laitosmallissa veden virtaus hätäjäähdytysvesisäiliöstä reaktoriin perustuu veden ja höyryn tiheyseroihin järjestelmän eri osien välillä. Järjestelmästä käytetään englanninkielistä lyhennystä PSIS eli Passive Safety Injection System, jonka olennaisena osana on reaktorisydämeen painovoimaisesti lisävettä tuottava hätäjäähdytystankki Core Make-up Tank (CMT). Painovoimaisten järjestelmien tutkimusta on tehty myös Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa PACTEL -koelaitteistolla vuodesta 1992 lähtien. Vuoden 1996 alussa käynnistynyt osittaisella EU-rahoituksella toimiva APSI-projekti (Assessment of Passive Safety Injection Systems of Advanced Light Water Reactors) on laajentanut tutkimusta kaikenkaikkiaan 15 PACTEL-kokeella, joilla on pyritty selvittämään PSIS:n toimintaa ja siihen liittyviä ilmiöitä. Koetoimintaan liittyy kiinteästi myös tietokoneohjelmien käyttö. Ydinvoimalaitosten onnettomuusanalyyseissä käytettävät tietokoneohjelmat on kehitetty nykyisiä paine- ja kiehutusvesireaktoreita silmällä pitäen, joten painovoimaisten järjestelmien mallintaminen tietokoneohjelmilla vaatii ohjelmien laskentakyvyn tarkistamista, koska hätäjäähdytysveden virtauksen ajavana voimana toimiva paine-ero on usein hyvin pieni. Tässä lisensiaatintutkimukses-sa on tarkasteltu APROS, CATHARE ja RELAP5 tietokoneohjelmien kykyä mallintaa painovoimaista hätäjäähdytysjärjestelmää. PSIS:n toiminnan yksityiskohtaisessa mallinnuksessa esiintyi puutteita, jotka vaikuttivat koko primaarijärjestelmän käyttäytymiseen. Selkeimmät puutteet ilmenivät kaikissa ohjelmissa lämpötilakerrostumisen mallinnuksessa. CMT:n yläosaan muodos-tuneen lämpimän veden kerroksen numeerinen diffuusio johti pysyvän kylläisen veden kerroksen menetykseen. Tämän seurauksena transienttien myö-hemmässä vaiheessa CMT:iin sisäänvirtaava höyry lauhtui alijäähtyneeseen veteen, jolloin ruiskutusvirtaus muuttui värähteleväksi. APROS ja RELAP laskennassa värähtelyä pystyttiin osittain eliminoimaan vähentämällä lauhtumislämmönsiirtoa. Tietokoneohjelmien malleissa havaitut puutteet olivat sen verran merkittäviä, että ne on otettava vakavasti huomioon kehitettäessä ohjelmien tulevia versioita. APSI-projektin seurauksena APROS-ohjelman kehitystyö CMT:n lämpötilajakauman mallintamiseksi paremmin on jo aloitettu VTT:llä.

Research Areas

Last updated on 2017-22-03 at 15:03