Análisis de la Dinámica de Reactores de Agua Ligera (LWR) mediante un Modelo Reducido con Acoplamiento Termohidráulico-Neutrónico

Abstract

[ES] En el presente trabajo se pretende acoplar un modelo de orden reducido (ROM) de la termohidráulica (TH) de reactores de agua a presión (LWR) con la neutrónica (NK) en el dominio del tiempo mediante el uso de Matlab. La primera parte del trabajo consiste en el desarrollo de un modelo TH ROM para reactores LWR, en este caso para reactores de agua a presión (PWR). Posteriormente, se desarrolla el modelo NK mediante las ecuaciones de la cinética puntual reducidas a un solo grupo de precursores de neutrones diferidos. Una vez validados, ambos modelos TN-NK se acoplan mediante los coeficientes de realimentación y la reactividad. El modelo acoplado con la cinética puntual se resuelve mediante un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales, rígidas y de difícil solución. Esta resolución presenta sus limitaciones al asumir una función de forma del flujo constante durante todo el transitorio. Este modelo se ha mejorado agregando las ecuaciones de evolución de los venenos neutrónicos, como el Xenón. Este modelo TH-NK permite llevar a cabo simulaciones de transitorios de inserción de reactividad y estimar la evolución de la potencia en un tiempo de respuesta más corto que si se emplean códigos de mayor complejidad. Por ello, este modelo tiene una aplicación directa en la operación de la central, al poder dar una respuesta en tiempo real sobre la evolución de la potencia del reactor ante este tipo de transitorios que pueden suceder durante la operación normal. Palabras Clave: LWR, BWR, PWR, MATLAB, cinética puntual, ROM, acoplamiento TH-NK, transitorios, reactividad.

[EN] In the present work we intend to couple a reduced order model (ROM) of the thermohydraulics (TH) of light water reactors (LWR) with the neutronics (NK) in the time domain by using Matlab. The first part of the work consists in the development of a TH ROM model for LWR reactors, in this case for pressurized water reactors (PWR). Subsequently, the NK model is developed using the point kinetics equations reduced to a single group of delayed neutron precursors. Once validated, both TN-NK models are coupled using feedback coefficients and reactivity. The model, coupled with point kinetics, is solved by means of a system of non-linear ordinary differential equations, rigid and of complex solution. This resolution presents its limitations by assuming a constant flux shape function throughout the transient. This model has been improved by adding the evolution equations of neutron poisons, such as Xenon. This TH-NK model allows to carry out simulations of reactivity insertion transients and to estimate the evolution of the power in a shorter response time than more complex codes. For this reason, this model has a direct application in the operation of the plant, as it can give a realtime response on the evolution of the reactor power in the event of this type of transients that can occur during normal operation.

[CAT] En aquest treball es pretén acoblar un model d’ordre reduït (ROM) de la termohidràulica (TH) de reactors d’aigua lleugera (LWR) amb la neutrònica (NK) en el domini del temps mitjançant l’ús de Matlab. La primera part del treball consisteix en el desenvolupament d’un model TH ROM per a reactors LWR, en aquest cas per a reactors de aigua lleugera (PWR). Posteriorment, es desenvolupa el model NK mitjançant les equacions de la cinètica puntual reduïdes a un sol grup de precursors de neutrons diferits. Un cop validats, tots dos models TN-NK s'acoblen mitjançant els coeficients de realimentació i la reactivitat. El model acoblat amb la cinètica puntual es resol mitjançant un sistema d’equacions diferencials ordinàries no lineals, rígides i de difícil solució. Aquesta resolució presenta les seves limitacions en assumir una funció de forma del flux constant durant tot el transitori. Aquest model s'ha millorat afegint les equacions d'evolució dels verins neutrònics, com ara el Xenó. Aquest model TH-NK permet dur a terme simulacions de transitoris d'inserció de reactivitat i estimar l'evolució de la potència en un temps de resposta més curt que si es fan servir codis de més complexitat. Per això, aquest model té una aplicació directa a l'operació de la central, en poder donar una resposta en temps real sobre l'evolució de la potència del reactor davant aquest tipus de transitoris que poden succeir durant l'operació normal.