Razumevanje stratificiranih parnih eksplozij v reaktorskih razmerah
Oznaka in naziv projekta
L2-1828 Razumevanje stratificiranih parnih eksplozij v reaktorskih razmerah
L2-1828 Understanding stratified steam explosions in reactor conditions
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Nuklearna elektrarna Krško
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Matjaž Leskovar
Raziskovalci:
Vsebinski opis projekta
Med težko nesrečo v jedrski elektrarni se najbolj bojimo pojava parne eksplozije. Dovolj močna parna eksplozija bi lahko ogrozila celovitost zadrževalnega hrama in privedla do izpusta radioaktivnih snovi v okolje. V primeru težke nesreče lahko staljena reaktorska sredica pride v stik s hladilno vodo, kar lahko pod določenimi mešalnimi pogoji vodi do silovite eksplozije mešanice taline in hladila. Močne spontane parne eksplozije, ki so jih nedavno nepričakovano opazili med eksperimenti v razslojenih razmerah, predstavljajo pomembno negotovost, povezano z jedrsko varnostjo. Eden izmed pomembnih pogojev za pojav parne eksplozije je nastanek primerne mešanice razpadle taline in hladilne vode. Dolgo časa so domnevali, da v razslojenih razmerah, ko se nahaja plast taline pod plastjo vode, ne more priti do močnejših eksplozivnih interakcij. Razlog za ocenjeno majhno jakost t.i. stratificiranih parnih eksplozij je predpostavka, da naj bi v takšnih pogojih nastala zgolj omejena količina ustrezne mešanice taline in vode, ki lahko vodi do parne eksplozije. Vendar pa so nedavno opravljeni eksperimenti na napravah PULiMS in SES (KTH, Švedska) s simulirnimi materiali z visoko temperaturo tališča pokazali, da se lahko močna parna eksplozija spontano razvije tudi v razslojenih razmerah. Pri teh poskusih so opazili nastanek precejšnje t.i. mešalne plasti preden je prišlo do eksplozije. Opažene močne spontane stratificirane parne eksplozije pomembno vplivajo na varnostno problematiko interakcije taline s hladilom v jedrskih elektrarnah.
Namen raziskave je izboljšati razumevanje in modeliranje parnih eksplozij v stratificirani konfiguraciji in uporaba razvitega modela v reaktorskih razmerah. Glavna cilja raziskave sta:
- Analiza eksperimentov stratificiranih parnih eksplozij na napravah PULiMS in SES z namenom izboljšanja razumevanja parnih eksplozij v razslojenih razmerah in razvoj modela nastanka mešalne plasti.
- Simulacija stratificirane parne eksplozije v reaktorskih razmerah z namenom preveritve uporabnosti razvitega modela in ocene pričakovanih tlačnih obremenitev.
Pomembnost problematike stratificiranih parnih eksplozij in vpliv na jedrsko varnost so odkrili šele nedavno. Predlaganih je bilo več hipotez glede možnih fizikalnih procesov, ki bi lahko povzročili nestabilnosti na stični površini in posledično nastanek mešalne plasti, vendar niso bile podrobneje raziskane in niso bile preverjene glede na eksperimentalne rezultate. Poleg tega še niso razviti modeli, s katerimi bi lahko simulirali tovrstne stratificirane eksplozije. Rezultati, pridobljeni v okviru predlaganega projekta, bodo tako izvirni s stališča obeh ciljev projekta, t.j. izboljšanja razumevanja in modeliranja stratificiranih parnih eksplozij in ocene tlačnih obremenitev med stratificirano parno eksplozijo v reaktorskih razmerah.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza: Analiza eksperimentov in razvoj modela (realizacija 100 %)
- Identifikacija in analiza eksperimentalnih podatkov
- Razvoj modela in pristopa k modeliranju
- Vključitev modela in pristopa k modeliranju v program
- Preveritev modela in pristopa k modeliranju
2. Faza: Simulacije reaktorskih razmer (realizacija 100 %)
- Razvoj modela za izvedbo simulacij
- Izvedba občutljivostne in parametrične analize
- Analiza rezultatov simulacij
Bibliografske reference
- KOKALJ, Janez. Modelling of fuel-coolant interaction in stratified configuration : doctoral thesis. Ljubljana: [J. Kokalj], 2021. XIX, 156 str., ilustr.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Simulation of fuel-coolant interaction in stratified configuration in reactor geometry. V: JENČIČ, Igor (ur.). NENE 2022 : 31st International Conference Nuclear Energy for New Europe : proceedings : September 12-15, Portorož. Ljubljana: Nuclear Society of Slovenia, 2022. Str. 1115.1-1115-6. ISBN 978-961-6207-53-9.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž, MEIGNEN, Renaud. Modelling of premiyed layer in stratified fuel–coolant configuration. V: GABRIELLI, Fabrizio (ur.), HERRANZ, Luis Enrique (ur.), PACI, Sandro (ur.). Proceedings of the 10th European Review Meeting on Severe Accidents Research (ERMSAR2022) : Severe accidents reseatch eleven years after the Fukushina Accident, May 16-19, 2022, Karlsruhe, Germany. Karlsruhe: Institut für Technologie, 2022. Str. 499-510.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Model for premixed layer formation in stratified fuel-coolant configuration and its application. V: European Nuclear Young Generation Forum, ENYGF 2021, 26-30 September 2021,Taragona, Spain : book of proceedings. [S. l.]: European Nuclear Young Generation Forum, 2021. Str. 299-302. ISBN 978-84-09-24743-1.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Premixed layer formation modelling in stratified melt-coolant configuration. V: CIZELJ, Leon (ur.), TEKAVČIČ, Matej (ur.). NENE 2021 : 30th International Conference Nuclear Energy for New Europe : September 6-9, Bled, Slovenia : NENE 2021 conference proceedings. Ljubljana: Nuclear Society of Slovenia, 2021. Str. 1315.1-1315.8. ISBN 978-961-6207-51-5.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Premixed layer formation modelling in stratified configuration. V: SNOJ, Luka (ur.), ČUFAR, Aljaž (ur.). NENE 2020 : 29th International Conference Nuclear Energy for New Europe : September 7-10, Portorož, Slovenia : NENE 2020 conference proceedings. Ljubljana: Nuclear Society of Slovenia, 2020. Str. 1810-1-1810-8. ISBN 978-961-6207-49-2.
- KOKALJ, Janez, LESKOVAR, Matjaž, URŠIČ, Mitja. Simulation of premixed layer formation in stratified melt-coolant configuration. V: SMODIŠ, Borut (ur.), UDIR, Nina (ur.). NENE 2019 : 28th International Conference Nuclear Energy for New Europe : September 9-12, Portorož, Slovenia : proceedings. Ljubljana: Nuclear Society of Slovenia, 2019. Str. 407.1-407.9. ISBN 978-961-6207-47-8.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Modeliranje interakcije taline s hladilom v razslojenih razmerah. V: AMBROŽIČ, Klemen, ŽOHAR, Andrej. Zbornik 9. konference mladih jedrskih strokovnjakov : povzetki prispevkov, predstavljenih na konferenci na Reaktorskem centru Podgorica, 5. 5. 2022. Ljubljana: Društvo jedrskih strokovnjakov Slovenije, 2022. Str. 2. ISBN 978-961-6207-52-2.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Assessment of premixed layer formation model on experimental results. V: ZAJEC, Boštjan (ur.), JAZBEC, Anže. 8th Young Generation Nuclear Conference : virtual, Reactor Centre Podgorica, 19th of May, 2021 : book of abstracts. Ljubljana: Nuclear Society of Slovenia, 2021. Str. 22. ISBN 978-961-6207-50-8.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. Modeliranje mešalne plasti v razslojenih razmerah. V: PUNGERČIČ, Anže (ur.), DUČKIĆ, Paulina. Zbornik 7. konference mladih jedrskih strokovnjakov : povzetki prispevkov, predstavljenih na konferenci na Reaktorskem centru Podgorica, 28. 2. 2020. Ljubljana: Društvo jedrskih strokovnjakov Slovenije, 2020. Str. 10. ISBN 978-961-6207-48-5.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž. FCI and Debris Coolability : NUGENIA TA2.1 and TA2.2 Workshop, February 13th-14th, 2023.
- LESKOVAR, Matjaž, KLJENAK, Ivo, URŠIČ, Mitja, KOKALJ, Janez, KRPAN, Rok. Severe accident research activities in Slovenia : CSARP/MCAP, Virtual Meeting, June 6 10, 2022, Ljubljana, Slovenia.
- KOKALJ, Janez, URŠIČ, Mitja, LESKOVAR, Matjaž, MEIGNEN, Renaud. Modelling of premixed layer in stratified fuel coolant configuration : presented at IAEA Technical Meeting on Ex-Vessel Molten Corium Behaviour and Coolability, June 14–17 2022.