Руководство по установке
Руководство пользователя
Программа для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 (далее КУПОЛ-МТ) предназначена для расчета параметров среды в объеме защитных оболочек (ЗО) водоводяных реакторных установок судов, транспортных и транспортабельных реакторных установок (РУ). Рассчитываются следующие величины:
- изменение во времени давления парогазовой среды в каждом помещении и перепадов давления между помещениями;
- изменение во времени температуры парогазовой среды в каждом помещении;
- нестационарное распределение температуры в строительных конструкциях и оборудовании, находящихся в каждом помещении;
- изменение во времени концентраций компонентов парогазовой среды (азота, кислорода, пара, водорода, оксида углерода, диоксида углерода, гелия и произвольного инертного газа) в каждом помещении;
- изменение во времени уровня жидкой фазы в помещениях;
- изменение во времени мощности теплоотвода и уровня в баке выпаривания воды в пассивной системе отвода тепла от ЗО.
При расчете учитываются эффекты нестационарного тепломассопереноса газокапельной смеси в помещениях ЗО с учетом влияния естественной конвекции, объемной и поверхностной конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов, тепло- и массообмена атмосферы помещения с водой в приямках.
Моделируется функционирование следующих систем безопасности:
- спринклерной системы;
- системы аварийного удаления водорода на основе использования каталитических рекомбинаторов;
- системы подачи воды из приямка в активную зону;
- предохранительных клапанов;
- теплообменного оборудования САОЗ и спринклерной системы;
- пассивной системы отвода тепла от защитной оболочки;
- барботажной системы;
- вентиляционной системы.
Для проведения расчетов необходимо задание следующих граничных условий:
- расхода и энтальпии или температуры каждого компонента среды, поступающего в помещение;
- расход и температура воды, подаваемой в спринклерное устройство;
- параметров теплообменного оборудования САОЗ и спринклерной системы – расхода теплоносителя первого контура, расхода и входной температуры теплоносителя контура технической воды, расхода промежуточного контура;
- температура воды в ьаке системы отвода тепла от ЗО;
- мощность вентиляционных теплообменников;
- распределение энерговыделения по объемам и поверхностям помещений
Допустимые значения параметров:
- давление от 0,04 до 0,9 МПа;
- температура газовой фазы от 0 до 700 °С;
- температура стен от 0 до 200 °С.
Математическая модель тепломассопереноса в помещениях ЗО представляется системой обыкновенных дифференциальных уравнений сохранения импульса, энергии и компонентов газокапельной смеси, записанных для каждого выделенного контрольного объема. При существенном влиянии сжимаемости на характеристики газового потока вместо уравнения сохранения импульса используются зависимости, полученные для адиабатического истечения газа из сосудов под давлением. В качестве уравнения состояния принят универсальный газовый закон. Модель теплообмена со стенами и различным оборудованием включает одномерное уравнение теплопроводности для стенки, гипотезу аналогии тепло и массообмена для расчета поверхностной конденсации пара и эмпирические зависимости для коэффициентов теплоотдачи. Процесс объемной конденсации пара описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений для счетной концентрации капель и их радиуса в каждом контрольном объеме и уравнением переноса водности. Диагностика возможного воспламенения водородсодержащей смеси основана на полуэмпирических зависимостях для пределов воспламенения от концентраций компонентов, температуры и давления среды.
Численное решение системы уравнений сохранения проводится на базе модифицированной полунеявной процедуры SIMPLER. На первом этапе определяются давление в помещениях и расходы газокапельной смеси в проходах между ними. Далее решаются уравнения переноса энергии и компонентов смеси. На последнем этапе решаются локальные задачи объемной и поверхностной конденсации пара и определяются температурные поля в стенах и оборудовании.
При описании процессов тепломассопереноса в контурах СОТ используется набор теплогидравлических моделей, включающий модель протяженных участков (типа "труба"), модель камеры смешения, модель объема с уровнем раздела фаз, модель гидравлического соединения и тепловую структуру. Процессы тепломассопереноса в элементах "труба" описываются в рамках одномерной равновесной негомогенной модели однокомпонентной сжимаемой жидкости. Модель соединений описывает докритический режим течения. Реализована возможность описания произвольной схемы течения теплоносителя охлаждающего контура за счет комбинации перечисленных моделей.
При расчете коэффициентов теплоотдачи, трения и проскальзывания используются эмпирические корреляции. Предусмотрена возможность выбора замыкающих соотношений для коэффициента проскальзывания пара.
Непосредственно конечно-разностная система алгебраических уравнений, в общем случае имеющая разреженную матрицу коэффициентов, решается методом Гаусса или методом нижней релаксации.
Численное интегрирование уравнения теплопроводности для стен проводится по неявной конечно-разностной схеме с использованием метода прогонки. Нестационарное уравнение движения и система уравнений, описывающая процесс объемной конденсации пара, решаются методом Рунге-Кутта второго порядка точности.
Код КУПОЛ-МТ построен по модульному принципу.
Головная программа PROGRAM BoxNet содержит вызов следующих основных модулей:
модуль BXINIT. Назначение – инициализация:
- ввод данных и инициализация;
- вычисление точности числа с плавающей точкой для данной ЭВМ;
- вычисление вспомогательных матриц;
- вычисление начальной координатной сетки для стен;
- вычисление общей теплоемкости стен и начальной энтальпии ЗО.
модуль TFUNC0. Назначение – расчет временно-зависимых функций:
- вычисление свойств компонент смеси;
- расчет коэффициентов тепломассоотдачи, гидравлических сопротивлений и других эмпирических замыкающих функций, зависящих от времени.
модуль SOURCE. Назначение – вычисление источниковых членов;
модуль PVEL. Назначение – решение гидродинамической задачи:
- решение уравнения движения газовой смеси;
- решение уравнения для давления;
- расчет локальных балансов массы смеси;
- определение шага интегрирования по времени.
модуль HEATTR. Назначение – решение задач теплопереноса:
- вычисление температуры газовой смеси;
- вычисление температуры стен.
модуль TRANS. Назначение – расчет массопереноса компонент смеси.
модуль TFUNC1. Назначение – расчет временно-зависимых функций:
- вычисление интегральных балансов массы компонент смеси.
модуль BOXOUT. Назначение – вывод расчетных данных.
модуль KUPRAS. Назначение - сшивка теплогидравлического модуля (код РАСНАР-2) и контейнментного (код КУПОЛ-М).
Ввод исходных данных, таких как начальные и граничные условия, топология помещений и связей между ними, топология стен, геометрические характеристики, выбор зависимостей для коэффициентов теплоотдачи, коэффициенты гидравлических сопротивлений, сценарий аварии, включение различных систем безопасности и т.д., осуществляется из текстовых файлов, считывание которых проводится программой бесформатного ввода. При считывании проводятся проверка синтаксиса и анализ значений вводимых величин.
Технические средства должны удовлетворять следующим системным требованиям:
- объём оперативной памяти не менее 32 Мб;
- доступный объём дискового пространства не менее 1,3 Гб;
- функционирует под управлением 32, 64-разрядных операционных систем семейства Windows либо операционной системы UNIX;
- является машинно-независимым.
Сборка исполняемого модуля программа КУПОЛ-МТ производится с помощью Intel Visual Fortran Composer XE 2011 Integration для среды Microsoft Visual Studio либо в операционной системе UNUX с помощью Intel Fortran Compiler.
Пользователь должен иметь высшее техническое образование.
В перечень задач, выполняемых пользователем, должны входить:
- подготовка файлов исходных данных;
- проведение расчета параметров среды в объеме защитных оболочек водо- водяных реакторных установок малой и средней мощности блочного и интегрального типа с прямоточными парогенераторами;
- исправления ошибок, возникающих при запуске программы;
- интерпретации результатов расчётов.
На основании проведенных аналитических и качественных тестов и анализа верификационных матриц можно сделать заключение о достаточности информации для подтверждения адекватности полученных по ПС КУПОЛ-МТ расчетных значений параметров и их погрешностей в указанном диапазоне применения.
Результаты верификации моделей кода КУПОЛ-МТ на экспериментальных данных подтверждают возможности использования кода КУПОЛ-МТ для обоснования безопасности защитных оболочек (ЗО) водо-водяных реакторных установок судов, транспортных и транспортабельных реакторных установок (РУ).
Верификация ПС КУПОЛ-МТ проведена для следующих диапазонов значений параметров внутри помещений:
- давление парогазовой среды от 0,04 до 0,9 МПа;
- температура парогазовой среды от 0 до 700 °С;
- температура бетонных стен помещений до 200 °С.
ПС КУПОЛ-МТ версия 1.0 аттестовано в ФБУ «НТЦ ЯРБ». Получен аттестационный паспорт №410 от 08.12.2016.
Программа для ЭВМ зарегистрирована в Роспатент, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 № 2019611030 21.01.2019 г.
Деятельность по обеспечению качества осуществляется в рамках разработанной, задокументированной, внедренной и поддерживаемой в рабочем состоянии системы менеджмента качества (СМК) ГНЦ РФ – ФЭИ, обеспечивающей выполнение требований ГОСТ Р ИСО 9001-2015.
Качество программного средства обеспечивается выполнением процедур, описанных в нормативных документах, перечень которых приведен в таблице 1.
Таблица 1. Перечень процедур проверки качества
| Вид работ | Регламентирующий документ |
| Организация расчетных работ. Обеспечение качества программных средств и расчетных методик |
ГОСТ Р ИСО/МЭК 90003, ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010 |
| Разработка, верификация и аттестация программных средств, проведение расчетов | Приказ «Об утверждении Порядка проведения экспертизы программ» (№ 325 от 30.07.2018), РД 03-34-2000, ГОСТ Р МЭК 60880, ГОСТ Р ИСО/МЭК 90003, НП-040-02, СТО 1.2.216 |
| Оценка качества программных средств | ГОСТ 28195, ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010 |
Процесс создания, совершенствования и внедрения новых версий программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0
Программа для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 создана на базе аттестованных версий ПС КУПОЛ-М, разработанного специалистами ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ», и ПС РАСНАР-2, разработанного специалистами ОАО «ОКБМ Африкантов» (далее по тексту ПС КУПОЛ-М и ПС РАСНАР-2). ПС КУПОЛ-М предназначено для расчета динамики параметров среды в объеме помещений зоны локализации аварий на АЭС с ВВЭР. ПС РАСНАР-2 предназначено для расчета параметров ЯЭУ транспортного типа в эксплуатационных и аварийных режимах.
В 2004 году ОАО «ОКБМ Африкантов» была приобретена аттестованная версия ПС КУПОЛ-М (разработчик ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ»). С целью применения этого расчетного кода для обоснования безопасности транспортных РУ в период с 2004 по 2009 год специалистами ОАО «ОКБМ Африкантов» совместно со специалистами организации-разработчика ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ» была проведена адаптация приобретенного ПС КУПОЛ-М к специфическим особенностям проектов транспортных РУ (изменение во времени объема помещений ЗО при заливе водой, работа контуров охлаждения пассивной или активной системы отвода тепла от ЗО и т.д.). В 2009 году была осуществлена сшивка доработанной версии ПС КУПОЛ-М с кодом РАСНАР-2. Интегральный код получил условное обозначение КУПОЛ-РАСНАР. В 2010 году в рамках работ по проведению дополнительной верификации интегрального кода КУПОЛ-РАСНАР и подготовке верификационного отчета для аттестации ПС было принято решение о введении нового условного обозначения интегрального кода – ПС КУПОЛ-МТ. Во всей последующей документации по коду, выпущенной в период с 2011 по настоящее время, а также в материалах, предоставленных ФБУ «НТЦ ЯРБ» и членам Совета по аттестации ПС интегральный код упоминается как ПС КУПОЛ-МТ.
В настоящее время пользователями программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 являются организации Госкорпорации «РОСАТОМ»: АО «ГНЦ РФ – ФЭИ», АО «Атомэнергопроект», ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», АО «ОКБМ Африкантов».
Устранение неисправностей в ходе эксплуатации программы КУПОЛ-МТ версия 1.0
Устранение неисправностей, выявленных в ходе эксплуатации пользователями, проводится по запросу пользователей организациями-разработчиками программы АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» и АО «ОКБМ Африкантов».
Сопровождение программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0
Сопровождение программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 осуществялется организацией-разработчиком программы АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».
Программа для ЭВМ КУПОЛ-МТ версия 1.0 имеет следующую сопроводительную документацию:
- ПС КУПОЛ-МТ версия 1.0. Методика расчета
- ПС КУПОЛ-МТ версия 1.0. Отчет о верификации
- ПС КУПОЛ-МТ версия 1.0. Описание применения
СВЕДЕНИЯ О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ КУПОЛ-МТ ВЕРСИЯ 1.0 НА УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОЙ ЛИЦЕНЗИИ ИЛИ ИНОГО БЕЗВОЗМЕЗДНОГО ЛИЦЕНЗИОННОГО ДОГОВОРА
Право на использование программы для ЭВМ КУПОЛ-МТ передается на основе возмездного лицензионного договора. Информация о стоимости программы и условиях предоставления лицензии предоставляется