Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben Dr. Aszódi Attila igazgató, egyetemi docens BME Nukleáris Technikai Intézet CFD Workshop, 2007. június 20.
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja és kísérleti vizsgálata Feladat: atomerımővi vezetékekben és reaktortartályokban lejátszódó természetes áramlási folyamatok vizsgálata Probléma: Pakson alkalmazott fél-empirikus kód validálása szükséges Nagynyomású ZÜHR betáplálásakor rétegzıdött áramlás alakulhat ki, ami PTS (pressurized thermal shock) jelenséghez vezethet - ennek vizsgálata az üzemidıhosszabbítás miatt elengedhetetlen Vizsgált keveredési tartományok CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja Kísérleti berendezés(ek) a fontosabb keveredési folyamatok vizsgálatára (rétegzıdött áramlás, rétegzıdés stabilitása, csóva-bekeveredés) Elsı kísérleti berendezés: 12,5 literes plexiüveg akvárium 5 ki/belépı csonk Különbözı konfigurációk valósíthatók meg (hideg és meleg víz keveredése) és kísérleti vizsgálata Mérés: termoelemek, PIV/LIF berendezés beszerzése folyamatban Az elsı kísérleti berendezés (akvárium) CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 3
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja és kísérleti vizsgálata Elızetes számítások: berendezés megvalósíthatóságához, méretezéshez Példa: hexaéderes háló (545 000 térfogatelem), 240 s-os tranziens, lamináris modell, T kezd =20 o C, T in =80 o C CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 4
Az ITER elsı fal hőtésének szimulációja és a mérések elıkészítése Elsı fal szerepe: Elhatárolja a tesztköpeny modult (TBM) a plazmától A TBM hımérsékletét a megengedhetı maximális érték alatt tartja Hélium hőtıközeg (80 bar, 300 o C) Plazma CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 5
HETRA kísérlet (Karlsruhe) HETRA: HEat TRAnsfer Szimulációval kapott hıátadási tényezık validálása Az elsı falban kialakuló hımérséklet-eloszlás meghatározása CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 6
HETRA CFD számítások Kihúzott háló Hımérséklet-eloszlás egy keresztmetszetben Heat transfer coefficient [W/m 2 K] Könyökök áramlásra gyakorolt hatása 8100 8000 7900 7800 7700 7600 7500 7400 7300 7200 7100 7000 6900 6800 6700 6600 6500 6400 6300 0.05 0.125 0.2 0.275 0.35 0.425 0.5 0.575 0.65 0.725 0.8 0.875 0.95 1.025 1.1 Distance from x=0 [m] Hıátadási tényezı az egyenes szakasz mentén (hevítık hatása)
TBM manifold modellezése Bonyolult, réteges szerkezető He elosztó rendszer (TBM manifold) újabb koncepciója Feladat: a második rétegének CFD vizsgálata Elosztórendszer feladata: 1 az elsı falba, 2 a CAP és GRID elemekbe, 3 magukba a szaporító elemekbe a héliumot elosztani
TBM manifold modellezése A tenyésztı elemek hőtıcsatornái és a vízszintes GRIDek túlnyúlnak a 2. rétegen 2. réteg Csonkok a CAP elemekbe Az elsı falból KIVEZETİ csonkok A függıleges GRID lemezek túlnyúlnak a 2. rétegen, így a rajtuk kialakított furatokon át terül a He Csonkok a GRID hőtıcsatornákba
TBM manifold modellezése A TBM manifold 2. és 3. rétegének modellje szeptembertıl épül (régebbi koncepcióval). Mérések levegıvel CFD modell validálása számítások He-ra A régebbi manifold koncepció CFD modellje Manifold 3. rétege Hőtırácsokat helyettesítı szelepes csövek Manifold 2. rétege Manifold 3. rétege Manifold 2. rétege CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 10
TBM manifold modellezése Cél: Méretezés CFD-vel: A hőtıcsatornákba a kívánatos tömegárammal juttatni a He-ot Ugyanezen munka elvégzése több koncepcióra is legjobb koncepció kiválasztása Az új manifold koncepció CFD modellje fejlesztés alatt Manifold 3. rétege Hőtırácsokat helyettesítı szelepes csövek Manifold 2. rétege CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 11
SCWR reaktor Szuperkritikus nyomású vízzel hőtött reaktor (egyik IV. generációs koncepció) A mindennapi gyakorlattól eltérı nyomás (p>p c ) és hımérséklet (T>T c ) Nyomástól és hımérséklettıl erısen függı anyagjellemzık Fizikailag nem teljesen tisztázott termohidraulikai jelenségek (Piston effektus, DHT) CFD kódok validálása
SCWR reaktor validáció Validációhoz használt mérések Swenson mérés (1965.) kész Herkenrath mérés (1967.), Yamagata mérés (1972.) foly. Egyszerő geometriák: egyenes főtött falú csövek Blokk strukturált háló finom fali határréteggel Hálófüggetlenség, turbulenciamodell vizsgálat
SCWR reaktor validáció (Swenson kísérlet) Számítási eredmények különbözı anyagjellemzı megadási módok esetén CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 14
EK-10 kazetta megszaladás számítás BME Oktatóreaktor üzemanyag kazetta Teljesítmény-változás modellezése: CFX-be beépített pontkinetikai modell (felhasználói szubrutin) Kazettanegyed modell Modell hossz (Z irány) Aktív hossz X és Y méret Burkolat külsı átmérıje Burkolat belsı átmérıje 540 mm 500 mm 32,5 mm 10 mm 7 mm CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 15
EK-10 kazetta megszaladás számítás Üzemanyag és moderátor hımérséklet visszacsatolás 160000 140000 200 Hıfluxus [W/m2] 120000 100000 80000 60000 40000 Hımérséklet [C] 150 100 50 Kilépı víz átlaghımérséklete Maximum hımérséklet a burkolat külsı falán Maximum hımérséklet a burkolatban Maximum hımérséklet az üzemanyagban 20000 0 0 10 20 30 40 50 Idı [s] További lépés: fázisátalakulás modellezése (üregegyüttható) 0 0 10 20 30 40 50 Idı [s] CFD Workshop 2007. június 20. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 16
VVER-440 kazetta Kazettafej Pálcaköteg Szubcsatorna VVER-440 kazetta Aktív pálcaköteg Hőtıközeg-keveredés tanulmányozása a fejben és a pálcakötegben új típusú (Gd-os) kazetták vizsgálata, szubcsatornakódok ellenırzése, stb.) Validálás: Kurcsatov Intézetben végzett mérések segítségével
M1 M2 M4 M5 M3 M6 1.6 1.2 1.4 1.0 1.2 2+ 1.4 0.8 Experiment M1 M2 M3 M4 M5 M6 0.6 0.4 0.2 1.0 v v2+ VVER-440 kazetta szubcsatorna számítások 0.8 Experiment BSL Reynolds Stress SSG Reynolds Stress SST k-epsilon 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 y* Részletes háló és turbulenciamodell vizsgálat Összehasonlítás mérési eredményekkel (Trupp és Azard,1975) 0.6 y* 0.8 1.0
VVER-440 kazetta pálcaköteg számítások Szubcsatornák közötti konvektív keveredés vizsgálata Távtartórács hatásának részletes tanulmányozása