RELAP5 và RELAP/SCDAP
T ng quan

Lê

i Di n – Vi n NLNTVN



RELAP - The Reactor Excursion and Leak Analysis Program
RELAPSE - REactor Leak And Power Safety Excursion
TRAC - Transient Reactor Analysis Code
TRACE - TRAC/ RELAP Advanced Computational Engine
SCDAP - Severe Core Damage Analysis Package
COBRA - Coolant Boiling in Rod Arrays Code (TF -Two-Fluid)
ATHLET – Analysis of Thermal-Hydraulics of Leaks and Transients
CATHARE - The Code for Analysis of THermalhydraulics during an
Accident of Reactor and safety Evaluation
MARS - Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety Code
SDTP - International Software Development and Training Program


RELAP
RELAP5 1-D : INEEL => USNRC
Code
RELAPSE

N m
1966

Mô hình

Homogeneous Equilibrium Model(3 eqs.)

RELAP2

1968

HEM

RELAP3

1971

HEM

RELAP4/MOD7

1980

HEM (3 Eqs + slip)

RELAP5/MOD1

1982

Two fluid Model (5 Eqs.)

RELAP5/MOD2

1985


Two fluid Model (6 Eqs.)

RELAP5/MOD3

1990

Two fluid Model

RELAP5/MOD3.2

1997

Two fluid Model (AP600 model.)

RELAP5/DOE version

1998

DOE not USNRC

RELAP5/MOD3.2.2-g

1999

Modernization (US NRC)

RELAP5/MOD3.3

2002


New steam table (US NRC)


RELAP
•Ch ng trình FLASH
do Westinghouse phát
tri n vào nh ng n m
1950.
•Các nút và nhánh
đ n gi n ti p c n t i
vi c mô hình hóa cho
các nghiên c u dòng 1
pha trong các lò PWR.
•Là c s ti n thân c a
các phiên b n RELAP
ngày nay

“Node 1”
Mass & Energy
Storage

Line 1
Resistanc
e

Line
8

“Node 2”

Mass & Energy
Storage

Line 2
Resistanc
e

Natural Circulation Loop

“Node 8”

ρ ρ
(
∆
p
=
ρ
g
∑ i ∑ i ⋅ nz )∆zi
8

Mass & Energy
Storage

i =1

“Node 3”
Mass & Energy
Storage


Line
3
“Node 4”

8

i =1

Mass & Energy
Storage

Line
4

Line
7
“Node 7”

“Node 6”

“Node 5”

Mass & Energy
Storage

Mass & Energy
Storage

Mass & Energy
Storage


Line 6
Resistanc
e

Line 5
Resistanc
e


RELAP
RELAP5 do Idaho National Engineering và Environmental Laboratory
(INEEL) phát tri n cho U.S. NRC.
RELAP5 code th c hi n các mô ph ng chuy n ti p cho RCS c a các lò
LWR trong các tình hu ng s c hay tai n n.
RELAP5 code có th áp d ng cho l p các bài toán mô ph ng các
chuy n ti p nhi t và th y đ ng trong các h th ng h t nhân và phi
h t nhân v i dòng hai pha.
Ph n m m đ c phát tri n c b n t i INEL (Idaho National
Engineering Laboratory ) v i m c đích phân tích các th c nghi m
LOFT (Loss-of-Fluid Test ) và Semiscale,
c s d ng r ng rãi trên th gi i cho phân tích an toàn th y nhi t
các LWR công su t, các lò nghiên c u, các h th ng th c nghi m .v.v.


RELAP
•

1955 – 1975 : Các nghiên c u an toàn lò ph n ng đ t đ c các
thành qu quan tr ng trong truy n nhi t sôi và dòng hai pha.


•

T đ u nh ng n m 1970 cho đ n nay : U.S. Nuclear Regulatory
Commission liên t c h tr vi c phát tri n hàng lo t các ch ng
trình tính toán nh m đánh giá các tai n n LOCA (Loss-of-CoolantAccident).
– Idaho National Engineering Laboratory: (RELAP2, RELAP3,
RELAP3B (BNL), RELAP4, RELAP5, TRAC-BF1)
– Los Alamos National Laboratory: (TRAC-PF1, TRAC-PD1)
– Brookhaven National Laboratory: (RAMONA-3B, THOR,
RAMONA-3B, RAMONA-4B,HIPA-PWR and HIPA-BWR)

•

1996, NRC xây d ng b công c TRAC/RELAP (Advanced
Computational Engine) hay TRACE. (k t h p các kh n ng c a
RELAP5, TRAC-PWR, TRAC-BWR, và RAMONA. )


RELAP/SCDAP
RELAP/SCDAP là k t h p c a hai ph n m m RELAP5 và SCDAP,
đ c phát tri n cho m c đích tiên l ng các đ c tr ng c a h
th ng lò ph n ng trong các đi u ki n v n hành bình th ng và
có s c .
Innovative Systems Software (ISS) thành viên trong International
SCDAP Development and Training Program (SDTP).
RELAP/SCDAP s d ng các mô hình c a SCDAP/RELAP5 do
US NRC phát tri n, k t h p v i m t s đ c tr ng khác:
(a) Áp d ng các ph ng pháp s và l p trình tiên ti n,
(a) a d ng các l a ch n cho ng i s d ng

(b) Áp d ng các mô hình khác do ISS và các thành viên
khác trong SDTP phát tri n.


SCDAP nguyên th y đ c thi t k t i INEL đ mô ph ng đ c tr ng
c a vùng ho t trong các đi u ki n nhi t th y đ ng đ n gi n (water &
steam, single pipe).
SCDAP mô ph ng tính ch t c a vùng ho t trong các s c n ng (tai
n n). Các mô hình cho vùng ho t bao g m
• s đ t nóng nhiên li u (fuel rod heatup)
• Ph ng r p và n t v (ballooning and rupture)
• Phát các s n ph m phân h ch (fission product release)
• Quá trình ôxi hóa nhanh (rapid oxidation)
• Nóng ch y v (zircaloy melting), và nhiên li u (UO2 dissolution)
• S ch y và đông c ng c a v và nhiên li u nóng ch y (flow and
freezing of molten fuel and cladding)
• S t o thành các m nh v n (debris formation)
• Ch ng trình c ng mô ph ng c các thanh đi u khi n
RELAP/SCDAPSIM s d ng RELAP k t h p v i các mô hình đ c
bi t đ x lý đ c tr ng c a lò ph n ng trong các đi u ki n tai n n k
c các chuy n ti p có kh n ng gây ra h h ng tâm lò và RCS.


C u hình m ng các thanh nhiên li u các giai đo n
khác nhau trong ti n trình b phá h y


Thay đ i c u hình do nóng ch y kim lo i

Mô hình hóa s nóng ch y l p v



Các giai đo n ngh n dòng ch y do nóng ch y l p v .


Thay đ i c u hình do nóng ch y viên g m nhiên li u




Các ph

ng trình b o toàn c b n

(Basic Conservation Equations)
• Các ch ng trình th y nhi t ho t đ ng d a trên vi c chia h th ng
c n phân tích thành các y u t th tích nh g i là các th tích ki m
tra (CV-control volume) hay các “nút” (node).
• T i m i nút th c hi n gi i các ph ng trình b o toàn c b n cho
m i ch t l u và m i pha (khí ho c l ng) có m t trong nút đó:
– Kh i l

ng (Mass)

– Moomen đ ng l
– N ng l

ng (Momentum)

ng (Energy)


• K t qu ra (output) c a nút này đ c s d ng làm đ u vào (input)
cho nút ti p theo. B ng cách này ng i ta có th th c hi n mô hình
cho toàn b h th ng.



Quy trình mô hình hóa
Các b c c b n c a quá trình phân tích an toàn th y nhi t
b ng các ch ng trình tính toán.
1. T p h p, t ch c thông tin xác l p các đi u ki n biên và đi u
ki n ban đ u
2. Thi t l p mô hình và nút hóa h th ng
3. Xây d ng Input cho bài toán phân tích
4. Ki m tra và đ m b o ch t l
5. Ch y ch

ng mô hình

ng trình và phân tích k t qu

1. Steady-state (ki m ch ng v i các thông s thi t k )
2. Transient (mô ph ng các tình hu ng chuy n ti p hay s
c trong v n hành)



T p h p, t ch c thông tin xác l p các đi u ki n biên và đi u ki n
ban đ u
Các yêu c u c a Input cho RELAP5 bao g m 4 ph n c b n nh sau:

1. Thành ph n th y đ ng (Hydraudynamics)
Di n tích dòng ch y (Flow area)
Chi u dài dòng ch y (Flow Length)
H

ng (theo chi u đ ng)

Hình h c chi ti t đ xác đ nh đ
nhám c a v t li u trong t
c ng (Fluid-wall interface)

ng kính th y l c
ng tác gi a dòng ch y và thành

Các thông tin đ đ tính toán đ suy gi m c a dòng (Flow losses)
nh các d ng hình h c cong, s m r ng dòng ch y, hình h c các van, s
li u ki m tra kh i đ ng nhà máy…
Các đi u ki n ban đ u (P, T, t c đ dòng kh i….)
Các đ c tr ng c a b m


T p h p, t ch c thông tin xác l p các đi u ki n biên và đi u ki n
ban đ u
2. Các c u trúc nhi t (Heat Structures)
Nhiên li u
Trao đ i nhi t trong SG
Các thành ph n c u trúc
3. Các đi u khi n
Các trip liên quan đ n đóng / m van
Ho t đ ng c a b m

M cn

c (PZR, SG, RPV…)

Các setpoint liên quan đ n P, T ….
4.

ng h c lò ph n ng (Rx Kinetics)
Ph n h i đ ph n ng

ph n ng nh hàm ph thu c các thông s (boron, các
thanh đi u khi n, RIA, Doppler….)


Ngu n d li u
• Các báo cáo PSAR, FSAR …
• Các b n v thi t k
• Các tài li u k thu t kèm theo:
Thùng lò ph n ng
Bình sinh h i
Bình đi u áp
Các h đ

ng ng

RCP
ECCS ( accumulators, safety Injection lines)
Van …
• Các s đ đ


ng ng và s đ thi t b đo l

ng đi u khi n (I&C)

• Quy trình v n hành
• Các thi t l p gi i h n v n hành và đ m b o an toàn


Thi t l p mô hình và nút hóa h th ng
• Ng i s d ng c n ho ch đ nh (biên / gi i h n) h th ng c n mô
ph ng
• Quá trình t o ra các CV (control volume) đ
hóa mô hình

• C n t li u hóa t ng b
• Mô hình c n đ

c g i là quá trình nút

c trong quá trình nút hóa mô hình

c ki m tra b i ng

i / nhóm ki m tra đ c l p


Thi t l p các đi u ki n biên và đi u ki n ban đ u
Xây d ng Input cho ch ng trình, ki m tra và s a l i, xác
đ nh các thông s c a h
tr ng thái d ng (stdy-st)

Xây d ng Input (bài ti p theo)
Xác l p các thông s cho h đ t Steady state (Hi u
ch nh các đi u ki n steady-state c n thi t cho mô hình đ
phù h p v i các đi u ki n ban đ u c a h v t lý th c)
c nđ

T t c các b c trong quá trình xây d ng mô hình
c t li u hóa (mô t , tính toán, s li u d n …)


Ch y ch

ng trình và phân tích k t qu

Quá trình ch y ch ng trình và phân tích k t qu đ c bi t c n nhi u
th i gian, nh t là khi ch y các bài toán phân tích các quá trình chuy n
ti p ph c t p
Ch y ch

ng trình trên máy tính:
Các sai h ng (r t khó) c n gi i thích
Các k t qu h i t không mong mu n

Phân tích k t qu ch y RELAP5
Ki m tra output v i các d u hi u cho th y ch
t không đúng đ n

ng trình h i

Xem xét output v i nh ng k t qu phi v t lý

Ki m tra, tính toán l i các k t qu có th là không hi n
th c (unrealistic)


Phân tích k t qu ch y RELAP5
Các đi u ki n biên c n đ c rà soát c n th n đ đ m b o các
s ki n c b n x y ra nh d ki n.
Các k t qu tính toán cho các thông s c n đ
cách t ng t n

c hi u m t

Các đ th c n đ c s d ng trong các l n ch y ban đ u
nh m giúp ng i s d ng nh n di n m t cách tr c quan các
bi n thiên c a các thông s quan tâm và thu đ c các k t qu
c n thi t ban đ u.
Phân tích các k t qu tính toán c a ch ng trình là công đo n
quan tr ng nh t trong toàn b quá trình tính toán.