КУПОЛ-М версии 1.10a

Математическая модель тепломассопереноса в помещениях контейнмента 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. Процесс медленного горения моделируется эмпирической зависимостью для скорости выгорания водорода и источником тепла. Такая модель позволяет провести оценку давления и температуры в помещении с горящим водородом.

В математической модели функционирования спринклерной установки используется условие термодинамического равновесия системы капли – окружающая атмосфера. Нестационарная модель барботажного устройства описывает инерционное движение водяного затвора на начальном этапе барботажа и проскок пара при больших расходах парогазовой смеси и высокой температуре воды в барботере-конденсаторе. Математические модели системы аварийного удаления водорода описывают функционирование трех типов каталитических рекомбинаторов: рекомбинаторы фирмы «Siemens» (FR90/1), рекомбинаторы разработки АЭП – РНЦ КИ типа ВПЯМ-87 и рекомбинаторы АО НПК «РЭТ».

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.

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 типа Рунге-Кутта второго порядка точности.

Код КУПОЛ-М 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.

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 (требуемый объем дискового пространства для выполнения задания в значительной мере определяется нодализацией расчетного объекта и физическим временем решения задачи);
• функционирует под управлением 32, 64-разрядных операционных систем семейства Windows либо операционной системы UNIX;
• является машинно-независимым.

Программа КУПОЛ-М не требует установки в операционной системе. Способ вызова программы с соответствующего носителя данных: стандартный.

Пользователь должен иметь высшее техническое образование.

В перечень задач, выполняемых пользователем, должны входить: 

• подготовка файлов исходных данных;
• проведение расчета термодинамических параметров среды в объеме защитных оболочек  АЭС с ВВЭР;
• 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-М расчетных значений параметров и их погрешностей в указанном диапазоне применения. 

Результаты верификации моделей кода КУПОЛ-М на экспериментальных данных подтверждают возможности использования кода КУПОЛ-М для обоснования безопасности действующих и проектируемых АЭС с ВВЭР.

Верификация ПС КУПОЛ-М проведена для следующих диапазонов значений параметров внутри помещений:

• давление парогазовой среды от 0,07 до 0,6 МПа;
• температура парогазовой среды от 0 до 700 °С;
• температура бетонных стен помещений до 200 °С.

ПС КУПОЛ-М версия 1.10а аттестовано в ФБУ «НТЦ ЯРБ». Получен аттестационный паспорт № 397 от 28.02.2018.

Программа для ЭВМ зарегистрирована в Роспатент, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ КУПОЛ-М версия 1.10а № 2017610529 12.01.2017 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-М

Первая замороженная версия программы, выпущенная в 1995 г., аттестована в ГАН РФ в приложении к расчету термодинамических параметров среды в объеме защитной оболочки АЭС с ВВЭР-640. Модели тепломассопереноса, заложенные в этой версии программы, носят универсальный характер, и, соответственно, могут быть использованы применительно к другим проектам АЭС с ВВЭР.

С 2001 г. проводилась разработка ПС КУПОЛ-М версия 1.10. Данная версия программного средства расширена по моделированию компонентного состава парогазовой смеси в объеме ЗО, а также моделированием функционирования систем безопасности АЭС с ВВЭР. Также была значительно увеличена верификационная база, включающая участие в международной стандартной задаче ISP-47. Верификации ПС КУПОЛ-М версия 1.10 проведена по экспериментальным данным, представленным в отчете о верификации.

Программа для ЭВМ КУПОЛ-М версия 1.10а является расширением ПС КУПОЛ-М версия 1.10 по моделируемым процессам за счет включения моделей барботера–конденсатора, струйно-вихревого конденсатора и рекомбинаторов АО НПК «РЭТ».

В дополнение к имеющимся материалам по описанию ПС КУПОЛ-М версия 1.10 для ПС КУПОЛ-М версия 1.10а была разработана методика по построению нодализационной схемы при моделировании струйных течений среды в замкнутых объемах.

В настоящее время пользователями ПС КУПОЛ-М являются организации Госкорпорации «РОСАТОМ»: АО «ГНЦ РФ – ФЭИ», АО «АТОМПРОЕКТ»,  ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», ОКБ «ГИДРОПРЕСС» и ИБРАЭ РАН.

Устранение неисправностей в ходе эксплуатации программы КУПОЛ-М

Устранение неисправностей, выявленных в ходе эксплуатации пользователями, проводится по запросу пользователей организации-разработчику программы АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».

Сопровождение программы для ЭВМ КУПОЛ-М

Сопровождение программы для ЭВМ КУПОЛ-М осуществялется организацией-разработчиком программы АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».

Программа для ЭВМ ПС КУПОЛ-М версия 1.10а имеет следующую сопроводительную документацию:

1. ПС КУПОЛ-М версия 1.10а. Методика расчета
2. ПС КУПОЛ-М версия 1.10а. Отчет о верификации
3. ПС КУПОЛ-М версия 1.10а. Описание применения