Az SCWR-FQT tesztszakaszának CFD analízise: a be- és kilépő rész vizsgálata

Átírás

1 Az SCWR-FQT tesztszakaszának CFD analízise: a be- és kilépő rész vizsgálata Kiss Attila, Vágó Tamás és Prf. Dr. Aszódi Attila BME, Nukleáris Technikai Intézet kissa@reak.bme.hu XII. Nukleáris Technikai Szimpózium Budapest, december Tartalm 1. Az SCWR kncepció 2. A hűtőközeg termhidraulikai tulajdnságai 3. Az SCWR-FQT prjekt 4. CFD mdellek 5. Hálófüggetlenségi vizsgálat 6. A belépési szakasz vizsgálata 7. A kilépési szakasz vizsgálata 8. Knklúzió 2 1

2 Az SCWR kncepció Az SCWR egyike a hat IV. generációs reaktr kncepciónak 3 Az SCWR kncepció A hűtőközeg szuperkritikus nymású könnyűvíz Termikus neutrnspektrumú Termikus hatásfk ~44% A hőközlés srán nincs fázisátalakulás Egyszerűbb felépítés a LWR-eknél (nincs szükség: térfgatkmpenzátrra, gőzfejlesztőre, gőzleválasztóra) Elméletileg alacsnyabb beruházási költség 4 2

3 Az SCWR kncepció Műszaki nehézségek, nyittt kérdések: Extrém magas nymás, magas hőmérséklet - anyagtechnlógiai kérdések (szerkezeti anyagk) DHT (Deteratin Heat Trasfer) jelenség, a tömegáram fluxushz képest relative magas hőfluxusk esetén a hőátadási tényező elszlás elfajulása. Szerepe? Tervezéshez mérések és új eszköz használata (CFD kódk)? Validáció szükséges! 5 Az SCWR kncepció jelene A világn száms SCWR kncepció létezik: Európai: Kanadai: Kínai: Orsz: Japán: High Perfrmance Light Water Reactr (HPLWR) P th =2300 MWth P e =1000 MWe SC CANDU Nymtt csövek a reaktrtartályban P th =2500 MWth P e =1200 MWe Több különböző reaktrterv Szuperkritikus VVER (VVER-SCP) P th =3830 MWth P e =~1600 MWe Több kncepció: Super LWR, Super Fast Reactr Intenzív kutatásk flynak Dél-Krában és Indiában is ECCS nzzle clsur e head pr t ect ive pipes blck inlet nzzle ut let nzzle F A riz e r F A d w n c m e r b a ffle vessel separating baffle shaf t 6 3

4 A hűtőközeg termhidraulikai tulajdnságai Termdinamikai kritikus pnt: T kr =374 C P kr =22,064 Mpa A termfizikai tulajdnságk jelentős váltzása ennél a pntnál Magasabb nymásn újra jelentkezik ez a váltzás. Erős csatlás: A hűtőközeg mzgás és energia egyenletei között A termhidraulikai és a reaktrfizikai egyenletek között [1] [2] [1]: C.R. Nave, Hyperphisics, Gergia State University: [2]: Aziz Belmiludi: Heat Transfer Theretical Analysis, Experimental Investigatins and Industrial Systems; ISBN Az SCWR-FQT prjekt SCWR Fuel Qualificatin Test (SCWR-FQT): EU-kínai közös prjekt Üzemanyag minősítési teszt berendezés, Řež-ben Csehrszágban 40 fűtőelem pálcás kazetta mdellezése 4 pálcás köteggel (lásd jbbra) HPLWR kazetta SCWR-FQT teszthurk 8 4

5 CFD mdellek BME NTI feladata termhidraulikai analízisek végzése az aktív szakaszban: Belépő és kilépő hatás vizsgálata: A kazetta kialakításának ptimalizálása stabil és hmgén áramlási mező érdekében a belépésnél (inlet), valamint megfelelő keveredés biztsítása a kilépésnél (utlet) (Termhidraulikai vizsgálatk a rekuperátr szakaszra) [3] Szuperkritikus tesztkör az LVR-15 reaktrba [3]: T. Schulenberg, Strategy and First Analysis f the Safety System, SCWR-FQT Eurpean Kick-ff Meeting in Karlsruhe, CFD mdellek Az aktív szakasz egy bnylult cső a csőben gemetriával rendelkezik FQT vizsgált szakasza: üzemanyagpálcák és a környezetük Speciális elem: helikális távtartók a keveredés elősegítésére 10 5

6 CFD mdellek Kezdeti és peremfeltételek Peremfeltételek: Tömegáram: 0,253 kg/s T in =375,64 C Üzemanyagpálca hőfluxusa prfilírztt (alul csúcss) SCW tulajdnságai az IAPWS-IF97 ipari szabvány alapján Δp= Pa (nymáskülönbség a vizsgált szakasz belépése és kilépése között) T ut =383,26 C Turbulencia mdell: BSL-Reynlds Stress (szakirdalmi ajánlás) Belépő keresztmetszetre Inlet, kilépő keresztmetszetre Outlet peremfeltétel Kezdeti feltételek: Azns hálón készült állandósult állaptbéli eredmények interplálása. Szimulációs idő: 1,2 s Időlépés 0,025 s A szilárd elemek hővezetését figyelembe vettük, de a hősugárzást elhanyagltuk 11 Hálófüggetlenségi vizsgálatk Négy különböző numerikus rácst használtunk fel mindegyik rács az előző rácshz képest megközelítőleg kétszer lyan sűrű vlt. 12 6

7 A belépési szakasz vizsgálata: stabilitás Nagy örvény alakult ki a belső vezető cső talpkialakítása és a 180 -s áramlási irányváltzás miatt Ez inhmgén és instabil belépő áramképet jelent Az instabilitásk a hőátadási tényező elfajulásáhz vezethetnek 3 különböző csőlezárási gemetriát vizsgáltunk Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 13 A belépési szakasz vizsgálata: stabilitás Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 14 7

8 A belépési szakasz vizsgálata: stabilitás Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 15 A belépési szakasz vizsgálata: hmgenitás Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 16 8

9 A belépési szakasz vizsgálata: hmgenitás Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 17 A belépési szakasz vizsgálata: stabilitás Cél: stabil és hmgén áramlási mező biztsítása a kazetta belépésénél! 18 9

10 3. Sík 2. Sík 1. Sík A kilépési szakasz vizsgálata 1. Sík 2. Sík 4. Sík t=1.2 s Egyre hmgénebb a hőmérsékletmező a kilépés felé ΔT=1,4 4. Sík, ami hmgén hőmérséklet elszlást jelez! 3. Sík 4. Sík Cél: megfelelő keveredés biztsítása a kilépésnél: hmgén és stabil T (K) mező! Sík 2. Sík 1. Sík A kilépési szakasz vizsgálata 4. Sík Szimulációs idő: 1.2 s Időben stabil a hőmérsékletmező a kilépésnél ΔT =0,2 K a szimuláció alatt, ami stabil hőmérséklet elszlást jelez! Cél: megfelelő keveredés biztsítása a kilépésnél: hmgén és stabil T (K) mező! 20 10

11 Knklúzió Termhidraulikai szempntból megvizsgáltuk az SCWR-FQT teszt szakaszának belépési és kilépési részét kereskedelmi CFD kóddal Két prblémát tártunk fel: Nagy örvények létrejötte a frdítókamrában Alacsny sebességű zónák a ft piece után Megldásukra módsítttuk a frdító kamra alját és a ft piece-t és így hmgénebb és időben stabilabb belépő áramképet kaptunk A kilépő szakasznál demnstráltuk a megfelelő keveredést 21 Köszönöm a figyelmet! 22 11