KÍSÉRLETEK AZ ANCARA MÉRŐKÖRÖN

Átírás

1 KÍSÉRLETEK AZ ANCARA MÉRŐKÖRÖN Kiss Attila*, Balaskó Márton**, Horváth László**, Kis Zoltán**, Aszódi Attila* *, **Magyar Tudományos Akadémia, Energiatudományi Kutatóközpont XV. MNT Nukleáris Technikai Szimpózium Erzsébet Nagy Szálloda december 8-9. Paks

2 A kutatás motivációja A szuperkritikus nyomású közegek (SCF), így víz (SCW) termohidraulikája (TH) aktív kutatás alatt álló terület, A nem-lineárisan változó anyagjellemzőknek nagy a hatása az SCW TH-ra, Az SCW-t hűtőközegként fogják használni a IV. gen. Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR) esetében (thermal-, fast-, SMR), Az SCW természetes cirkulációja fontos szerepet fog játszani az SCWR jövőbeni működése során: o Az SCWR lekapcsolt állapotában, o Baleseti helyzetekben, o A SMR SCWR-ek normál üzeme során, stb. A fentiek miatt szükségesnek láttuk a kis méretű, zárt ANCARA nevű mérőkör megtervezését, megépítését és rajta kísérletek végzését!

3 A vizsgált közeg: a szuperkritikus nyomású víz (SCW) SCW-ben nincs első fajú fázisátalakulás (forrás-kondenzáció), sem DNB, Pszeudokritikus átmenet: o az izobár fajhő globális maximum értéke jelzi o fokozódó hőátadás figyelhető meg a környezetében, Magas esetén: tömegfluxus/hőfluxus arány o a hőátadási tényező lecsökken, elfajul lokálisan (DHT), amely fali hőmérséklet maximumo(ka)t ( hot spots ) okoz a fűtött felületen. o Ennek a fizikai magyarázata még nem teljesen ismert, de numerikus áramlástani (CFD) módszerrel minőségileg számolható, így vizsgálható is.

4 A Szuperkritikus Nyomású Vízhűtésű Reaktor (SCWR) A Generation IV International Forum (GIF) által népszerűsített 6 koncepció egyike, Az SCWR az LWR-ek és a szuperkritikus nyomáson üzemelő kazánok tervein alapul, Hatékonysága: ~45%, a víz kritikus pontja fölött üzemel, (p kr = 22,064 MPa (vastagabb falú csövek!), T kr = 373,95 C), elvben egyszerűbb felépítés, Európai változata: High Performance Light Water Reactor (HPLWR).

5 Az ANCARA kör bemutatása: fő paraméterek ANCARA = MTA KFKI AEKI-BME NTI Budapest SuperCritical water test facility; Zárt mérőhurok az SCW természetes cirkulációjának kísérleti vizsgálatára; Együtt alkalmazott hagyományos méréstechnika és neutronradiográfia. Az ANCARA mérőkör fő méretei: Belső/külső átmérő*: 5/8 mm Falvastagság: 1,5 mm Meleg ág: 1000 mm Léghűtött: 750 mm Vízzel hűtött: 1300 mm Teljes csőhossz: 5200 mm Teljes térfogat: 102 cm 3 *A teljes körre állandó a belső átmérő értéke!

6 Az ANCARA kör bemutatása: felépítés AP2 (abszolút nyomás távadó) Nyomás szabályozó mágnes szelep Fűtőelemek ( W) H 4 H 3 H 2 Robosztus, C-tartóból készült állványzat Puffer tartály + AP3 Előhűtő: három léghűtő fokozat Léptetőmotoros mozgatású szelep, tömegáram szabályozásra H 1 SCW-víz hőcserélő Előfűtő elem (1000 W) AP1 (abszolút nyomás távadó)

7 Természetes cirkuláció az ANCARA körben

8 Az MTA EK saját fejlesztésű adatmegjelenítő és adatgyűjtő szoftvere a., Az on-line mérőkör séma, b., a mért paraméterek időbeli változása, c., a hőmérsékletváltozás vizualizációja.

9 A kör elhelyezése a Radiográfiai állomáson (Balra) Az ANCARA mérőkör szemből nézete a neutronnyaláb érkezésének irányából (Beam s Eye View (BEV)), (Jobbra) A mérőkör oldalnézete (a mérőkör csövének és a szcintillátorernyő távolsága 65 mm)

10 2016/12/12 Eredmények

11 Az állandósult állapotbeli karakterisztika A körben kialakuló tömegáram független a rendszer nyomásától, ha egyéb változók (pl. belépő hőmérséklet) állandó CFD validáció CFD validáció A tömegáram enyhén függ a belépő hőmérséklettől: minél nagyobb a belépő hőmérséklet, annál nagyobb a tömegáram

12 A nyomásesés a fűtött szakaszon CFD validáció Az SCW természetes cirkulációs áramlásában: az áramlás gyorsulás miatti nyomásesési komponens elhanyagolható (v=n 0,01 m/s=n 1 cm/s), a két domináns nyomásesési komponens a hidrosztatikus és a súrlódási (esetünkben alaki ellenállási komponens 0 Pa).

13 A fali hőmérséklet eloszlása a fűtött szakaszon CFD validáció Az ábra az E4 kísérlet során kimért állandósult állapotok hőmérséklet eloszlását mutatja (paraméter az összes fűtőteljesítmény Wattban, a hőmérséklet értékeket mutató szimbólumok nagysága mutatja a mérési hiba nagyságát: +/-3 C)

14 A neutronattenuáció a fűtött szakaszon 1/2 ROI a b c Neutronattenuációs képek a mérőkör 8-as számú termoelemének környezetéről 300 C-os folyadékhőmérséklet és 255 baros nyomás esetén (p R = 1,16): o a., Kép a mérőkör vízzel feltöltött állapotáról ( wet image ), o b., Kép a mérőkör víz nélküli állapotáról ( dry image ), o c., Az eredmény kép miután kivontuk a dry image-et a wet image-ből (az eredmény kép csak a vizet (SCW) mutatja).

15 Rel. density and rel. attenuation A neutronattenuáció a fűtött szakaszon 2/ bar rel. Att. ρ.rel(tb,p) 70 bar 158 bar Temperature ( C) A közeg termohidraulikai anyagjellemzőinek és a radiográfiás felvételeknek az összehasonlítása arra a következtetésre vezetett, hogy a csökkenő neutronattenuáció (azaz növekvő transzmisszió) fő oka a közeg sűrűségének a hőmérséklet emelkedése miatti csökkenése. 159 bar 197 bar 247 bar 250 bar

16 Köszönöm a figyelmet! Kérdések? Kiss Attila, BME NTI kissa@reak.bme.hu A munka a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap által támogatott VKSZ_ azonosító számú Nemzeti Nukleáris Kutatási Program keretében zajlott.