Analyse und externe Validierung der AC² Modellbasis (AVAMO)

Abstract

Der vorliegende Bericht ist der Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben „Analyse und ex-terne Validierung der AC² Modellbasis (AVAMO)“, welches durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) unter dem Kenn-zeichen BMUV 1501629 gefördert und in der Arbeitsgruppe Plant Simulation and Safety (PSS) der Ruhr-Universität Bochum (RUB) bearbeitet wird. Das Ziel des Vorhabens ist die gezielte Analyse und Validierung des Programmpaket AC² und der darin enthaltenen Programmteile COCOSYS, ATHLET und ATHLET-CD zur Berechnung störfallrelevanter In- und Ex-Vessel-Phänomene. In diesem Bericht werden die wichtigsten Ergebnisse der einzelnen Arbeits-punkte dargestellt. Im Rahmen des Arbeitspunktes AC² - COCOSYS wird der Code zum einen auf seine Eignung zur Abbildung der Verbrennung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid untersucht. Dabei wer-den neue Korrelationen der Brenngeschwindigkeit getestet und ein Konzept für die Trennung von unverbrannter und verbrannter Atmosphäre entwickelt. Zum anderen wird die Abbildung von Phänomenen während Schmelze-Beton-Wechselwirkungen unter Berücksichtigung einer gefluteten Schmelze untersucht. Zudem wird das Aerosolverhalten im Sicherheitsbehälter mit dem neuen Modul AFP2 (vormals NEWAFP) auf Basis der Nachrechnung des Experiments PHEBUS FPT3 mit der aktuellen Code-Version überprüft und analysiert. Die Arbeiten ergän-zen die vom Codeentwickler GRS durchgeführten Validierungsarbeiten anhand des Experiments PHEBUS FPT1 (BMUV RS1579). Neben der Validierung des Moduls AFP2 wer-den Simulationen mit der GRS-Software SUSA, sowie Analysen des Unfalls in Block 3 des Kraftwerks Fukushima Daiichi durchgeführt. Für AC² - ATHLET wird eine vertiefte Analyse der implementierten Kondensationsmodelle so-wie die Untersuchung der Eignung der Modelle in Bezug auf die Simulation von Druckstoßphänomenen in zweiphasigen Strömungsbedingungen durchgeführt. Dabei werden eine Harmonisierung der Modellbasis geprüft und Entwicklungspotential für AC² - ATHLET mithilfe von unterstützenden CFD-Simulationen abgeleitet. Hinsichtlich der durchgeführten Arbeiten mit AC² - ATHLET-CD liegt der Fokus auf der Vali-dierung und Weiterentwicklung des Codes für die Abbildung von Kernzerstörungs-phänomenen. Dies umfasst zum einen die Abbildung der Spaltproduktfreisetzung aus Schmel-zepools im unteren Reaktorplenum. Zum anderen werden neue vorläufige Modelle und Korrelationen zur Simulation von unfalltoleranten Brennelementkonzepten weiter- bzw. neu-entwickelt und analysiert. Darüber hinaus wird der Code für die Abbildung von Schüttbetten im unteren Reaktorplenum erweitert. Datei-Upload durch TIB This report is the final report of the research project “Analysis and external validation of the AC² model basis (AVAMO)” funded under the grant number BMUV 1501629 by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Nuclear Safety and Consumer Protection and performed by PSS group at RUB. The aim of the project is the detailed analysis and vali-dation of the program package AC² and the modules COCOSYS, ATHLET and ATHLET-CD contained therein for the calculation of accident-relevant in- and ex-vessel phenomena. The most important results of the separate work packages are presented in this report. As part of the AC² - COCOSYS work package, the capability of the code for modelling the combustion of hydrogen and carbon monoxide is investigated. New correlations of the burning rate are tested and a concept for the separation of unburnt and burnt atmospheres is devel-oped. Further on, the simulation of phenomena during molten core concrete interaction is carried out considering a flooded melt. In addition, the aerosol behaviour in the containment is verified and analysed with the newly implemented AFP2 module (formerly known as NEWAFP) by the simulation of the PHEBUS FPT3 experiment with the current code version. The work complements the validation work carried out by the code developer GRS using the PHEBUS FPT1 experiment (BMUV RS1579). In addition to validating the AFP2 module, simulations will be carried out using the GRS software SUSA, and analyses of the accident in block 3 of the nuclear power plant Fukushima Daiichi are conducted. For AC²-ATHLET, a detailed analysis of the implemented condensation models and an inves-tigation of the capability of the models regarding the simulation of water hammer phenomena in two-phase flow conditions will be carried out. A harmonisation of the model basis is exam-ined and development potential for AC² - ATHLET is derived based on accompanying CFD simulations. Regarding the work carried out with AC²-ATHLET-CD, the focus is on the validation and further development of the code for simulating core degradation phenomena. This includes the simu-lation of fission product release from melt pools in the lower reactor plenum. Further on, new preliminary models and correlations for the simulation of accident tolerant fuel (ATF) concepts are further developed and analysed. In addition, the code will be extended for modelling debris beds in the lower reactor plenum.