एक शोध रिएक्टर के लिए अपनाना ब्रेकर प्रयोग और सिमुलेशन का अध्ययन
Summary
अपनाना तोड़ने घटना प्रयोग की जांच की थी और एक सैद्धांतिक मॉडल का प्रस्ताव किया गया था । एक सिमुलेशन सैद्धांतिक मॉडल पर आधारित कार्यक्रम विकसित किया गया था और सिमुलेशन कार्यक्रम के परिणाम प्रयोगात्मक परिणामों के साथ तुलना में थे । यह निष्कर्ष निकाला गया कि सिमुलेशन कार्यक्रम के परिणाम प्रयोगात्मक परिणाम अच्छी तरह से मिलान किया ।
Abstract
एक अनुसंधान रिएक्टर की डिजाइन शर्तों के तहत, अपनाना पाइप टूटना द्वारा प्रेरित घटना पानी की सतत जावक प्रवाह पैदा कर सकता है । इस बहिर्वाह को रोकने के लिए, एक नियंत्रण उपकरण की आवश्यकता है । एक अपनाना ब्रेकर सुरक्षा उपकरण का एक प्रकार है कि शीतलक पानी की हानि को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है ।
अपना दम तोड़ने की विशेषताओं का विश्लेषण करने के लिए, एक वास्तविक पैमाने पर प्रयोग आयोजित किया गया था । प्रयोग के परिणामों से, यह पाया गया कि वहां कई डिजाइन कारकों है कि अपनाना तोड़ने घटना को प्रभावित कर रहे हैं । इसलिए, वहां एक सैद्धांतिक की भविष्यवाणी करने में सक्षम मॉडल विकसित करने की जरूरत है और अपने विभिंन डिजाइन शर्तों के तहत तोड़ घटना का विश्लेषण । प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग करना, यह एक सैद्धांतिक मॉडल है कि सही प्रगति और अपनाना तोड़ने घटना के परिणाम की भविष्यवाणी तैयार करने के लिए संभव था । स्थापित सैद्धांतिक मॉडल द्रव यांत्रिकी पर आधारित है और दो चरण प्रवाह का विश्लेषण करने के लिए Chisholm मॉडल को शामिल किया गया है । Bernoulli के समीकरण से, वेग, मात्रा, तेज गति, पानी के स्तर, दबाव, घर्षण गुणांक, और दो चरण प्रवाह से संबंधित कारकों को प्राप्त किया जा सकता है या गणना । इसके अलावा, इस अध्ययन में स्थापित मॉडल का उपयोग करने के लिए, एक अपनाना ब्रेकर विश्लेषण और डिजाइन कार्यक्रम विकसित किया गया था । सिमुलेशन कार्यक्रम सैद्धांतिक मॉडल के आधार पर चल रही है और एक ग्राफ के रूप में परिणाम देता है । उपयोगकर्ता अपने आप को ग्राफ के आकार की जांच के द्वारा तोड़ने की संभावना की पुष्टि कर सकते हैं । इसके अलावा, पूरे सिमुलेशन परिणाम की बचत संभव है और यह असली अपनाना तोड़ने प्रणाली का विश्लेषण करने के लिए एक संसाधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है ।
अंत में, उपयोगकर्ता अपनाना तोड़ने की स्थिति की पुष्टि कर सकते हैं और इस अध्ययन में विकसित कार्यक्रम का उपयोग कर अपनाना ब्रेकर प्रणाली डिजाइन ।
Introduction
ऐसे जॉर्डन अनुसंधान और प्रशिक्षण रिएक्टर (JRTR) और KiJang अनुसंधान रिएक्टर (KJRR) के रूप में प्लेट प्रकार ईंधन, का उपयोग रिएक्टरों की संख्या में हाल ही में वृद्धि हुई है । आदेश में प्लेट प्रकार ईंधन आसानी से कनेक्ट करने के लिए, अनुसंधान रिएक्टर एक कोर नीचे प्रवाह की आवश्यकता है । के बाद से अनुसंधान रिएक्टरों प्राथमिक शीतलन प्रणाली के शुद्ध सकारात्मक चूषण सिर की आवश्यकता होती है, कुछ कूलिंग सिस्टम घटक संभवतः रिएक्टर के नीचे स्थापित किया जा सकता है । हालांकि, अगर पाइप टूटना रिएक्टर के नीचे प्राथमिक शीतलन प्रणाली में होता है, अपनाना प्रभाव शीतलक के निरंतर जल निकासी का कारण बनता है कि हवा के लिए रिएक्टर के जोखिम में परिणाम सकता है । इसका अर्थ यह है कि अवशिष्ट ताप को हटाया नहीं जा सकता, जिससे कोई गंभीर दुर्घटना को जन्म दे सके. इसलिए, शीतलक दुर्घटना (LOCA), एक सुरक्षा उपकरण है कि एक गंभीर दुर्घटना को रोकने के लिए आवश्यक है की हानि की स्थिति में । एक अपनाना ब्रेकर इस तरह के एक सुरक्षा उपकरण है । यह प्रभावी रूप से हवा की एक भीड़ का उपयोग करके जल निकासी को रोकने कर सकते हैं । पूरे सिस्टम को अपनाना तोड़ प्रणाली कहा जाता है ।
अनुसंधान रिएक्टर सुरक्षा के सुधार के लिए कई अध्ययनों का आयोजन किया गया है । मैकडॉनल्ड्स और नेवला1 एक प्रयोग किया क्रम में एक सक्रिय रूप से ऑपरेटिंग ब्रेकर के रूप में एक अपना वाल्व तोड़ने के प्रदर्शन की पुष्टि करने के लिए । Neill और स्टीफंस2 एक छोटे आकार के पाइप में एक निष्क्रिय संचालित डिवाइस के रूप में एक अपनाना ब्रेकर का उपयोग कर एक प्रयोग किया । Sakurai3 एक विश्लेषणात्मक मॉडल का प्रस्ताव को अपनाना तोड़ने का विश्लेषण जहां एक पूरी तरह से अलग हवा पानी के प्रवाह मॉडल लागू किया गया था ।
अपनाना तोड़ने अत्यंत जटिल है क्योंकि वहां कई मापदंडों पर विचार करने की आवश्यकता है । इसके अलावा, क्योंकि वास्तविक पैमाने पर अनुसंधान रिएक्टरों के लिए प्रयोग नहीं किया गया है, यह समकालीन अनुसंधान रिएक्टरों के लिए पिछले अध्ययन लागू करने के लिए मुश्किल है । इसलिए, पिछले अध्ययनों ने अपनाना तोड़ने के लिए एक संतोषजनक सैद्धांतिक मॉडल प्रस्तुत नहीं किया है । इस कारण से, एक वास्तविक पैमाने पर प्रयोग के लिए एक सैद्धांतिक मॉडल स्थापित किया गया था ।
एक अनुसंधान रिएक्टर पर अपनाना ब्रेकर के प्रभाव की जांच करने के लिए, वास्तविक पैमाने पर सत्यापन प्रयोगों पोहंग विश्वविद्यालय विज्ञान और प्रौद्योगिकी के द्वारा प्रदर्शन किया गया (POSTECH) और कोरिया परमाणु ऊर्जा अनुसंधान संस्थान (काेरी)4,5 ,6. चित्रा 1 अपनाना ब्रेकर प्रयोग के लिए वास्तविक सुविधा है । चित्रा 2 सुविधा का एक योजनाबद्ध आरेख से पता चलता है और यह सुविधा चिह्न भी शामिल है ।
चित्र 1. खाना तोड़ने प्रदर्शन प्रयोग के लिए सुविधा । मुख्य पाइप आकार 16 में है और एक एक्रिलिक विंडो अवलोकन के लिए स्थापित किया गया है । छिद्र एक डिवाइस दबाव ड्रॉप का वर्णन करने के लिए तैयार है । इसलिए, वहां ऊपरी टैंक के नीचे एक छिद्र विधानसभा हिस्सा है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 2. प्रयोगात्मक सुविधा के योजनाबद्ध आरेख । माप बिंदुओं का स्थान प्रस्तुत किया गया है । संख्या इन प्रासंगिक स्थानों से संकेत मिलता है; 0 प्वाइंट अपनाना ब्रेकर के प्रवेश द्वार का प्रतीक है, 1 बिंदु जल स्तर का प्रतीक है, 2 प्वाइंट अपनाना ब्रेकर और मुख्य पाइप के जुड़े हिस्से का प्रतीक है, और 3 बिंदु LOCA स्थिति का प्रतीक है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
अपनाना ब्रेकर प्रयोगात्मक सुविधा एक ऊपरी टैंक, एक कम टैंक, एक पाइपिंग प्रणाली, और एक वापसी पंप के होते हैं । ऊपरी टैंक की क्षमता ५७.६ मीटर3है । नीचे क्षेत्र और गहराई १४.४ एम2 (4 एम x ३.६ मीटर) और 4 मीटर, क्रमशः कर रहे हैं । लोअर टैंक और LOCA स्थिति ऊपरी टैंक के नीचे ८.३ मीटर स्थित हैं । निचली टंकी की क्षमता ७० मीटर3है । प्रयोग के दौरान पानी को स्टोर करने के लिए लोअर टैंक का इस्तेमाल किया जाता है । लोअर टैंक रिटर्न पंप से जुड़ा है । निचली टंकी में पानी की ऊपरी टंकी में पंप लगाया जाता है । गरमाई व्यवस्था का मुख्य पाइप साइज 16 में है । अपनाना ब्रेकर लाइन (SBL) के अंत ११.६ मीटर कम पाइप टूटना बिंदु के ऊपर उच्च स्थित है । इसके अलावा, ऐक्रेलिक windows दृश्य के लिए पाइप पर स्थापित कर रहे हैं, के रूप में चित्रा 1में दिखाया गया है ।
शारीरिक संकेतों को मापने के लिए कई डिवाइस इंस्टॉल किए गए । दो निरपेक्ष दबाव ट्रांसड्यूसर (APTs) और तीन अंतर दबाव ट्रांसड्यूसर (DPTs) का इस्तेमाल किया गया । जल जन प्रवाह की दर को मापने के लिए, एक अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर का इस्तेमाल किया गया था । एक डाटा अधिग्रहण प्रणाली २५० एमएस समय अंतराल पर सभी माप डेटा प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । माप के लिए उपकरणों के अलावा, कैमरों अवलोकन के लिए स्थापित किया गया था और एक शासक ऊपरी टैंक की भीतरी दीवार पर पानी के स्तर की जांच करने के लिए संलग्न किया गया था ।
विभिंन LOCA और अपनाना ब्रेकर (एसबी) आकार, अपनाना ब्रेकर प्रकार (लाइन/छेद), और रिएक्टर ईंधन और पाइप टूटना बिंदु के बारे में छिद्र की उपस्थिति प्रयोग में विचार किया गया । आदेश में LOCA और SBL आकार के प्रभाव को सत्यापित करने के लिए, LOCA और SBL के विभिंन आकारों का इस्तेमाल किया गया । LOCA आकार में 6 से लेकर 16 में और SBL आकार में 2 से लेकर 6 में । प्रयोग में, अपने आप को तोड़ने के लिए लाइन और होल प्रकार का इस्तेमाल किया गया है, लेकिन इस अध्ययन की निम्न सामग्री केवल JRTR और KJRR में इस्तेमाल SBL प्रकार मानता है. प्रयोगात्मक परिणामों का एक उदाहरण के रूप में, चित्रा 3 एक ग्राफ है कि दबाव और पानी के प्रवाह की दर डेटा शामिल है । प्रयोग 4 अक्टूबर २०१३ को आयोजित किया गया था और प्रयोगात्मक डेटा नमूना LN23 (लाइन प्रकार एसबी, कोई छिद्र, LOCA में 12, २.५ में SBL) है ।
प्रयोग डेटा से, सैद्धांतिक मॉडल है जो अपनाना तोड़ने घटना की भविष्यवाणी कर सकते है स्थापित किया गया था । सैद्धांतिक मॉडल Bernoulli समीकरण के साथ शुरू होता है । द्रव का वेग Bernoulli समीकरण से प्राप्त होता है और volumetric प्रवाह दर को पाइप क्षेत्र द्वारा द्रव के वेग को गुणा करके प्राप्त किया जा सकता है. इसके अलावा, जल स्तर volumetric प्रवाह दर का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है । सैद्धांतिक मॉडल की मूल अवधारणा के रूप में ऊपर है । हालांकि, के बाद से अपनाना तोड़ने घटना एक दो चरण के प्रवाह है, वहां अतिरिक्त अंक के लिए माना जाता है । एक दो चरण के प्रवाह विश्लेषण मॉडल पर विचार करने के लिए, एक सटीकता सत्यापन परीक्षण किया गया था । चूंकि Chisholm मॉडल एक समरूप मॉडल की तुलना में अधिक सटीक था, Chisholm मॉडल घटना का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किया जाता है । Chisholm मॉडल के अनुसार, दो चरण गुणक सूत्र समीकरण 17के रूप में व्यक्त किया जाता है । इस समीकरण में, ф दो चरण गुणक का प्रतिनिधित्व करता है, दर्षाया घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है, और एक्स गुणवत्ता का प्रतिनिधित्व करता है ।
1)
इसके अलावा, एक ग्राफिक यूजर इंटरफेस (जीयूआई) के साथ एक सिमुलेशन कार्यक्रम विकसित किया गया था । चित्रा 3में पूर्ण दबाव डेटा के संक्रमण से, घटना तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है: शीतलक (एकल चरण प्रवाह) की हानि, अपनाना (दो चरण के प्रवाह को तोड़ने), और स्थिर राज्य । इसलिए, मुख्य परिकलन प्रक्रिया एल्गोरिथ्म के वास्तविक घटना के तीन चरणों के लिए संगत एक तीन-चरण प्रक्रिया शामिल हैं । गणना प्रक्रिया सहित, सिमुलेशन प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए पूरे एल्गोरिथ्म चित्रा 48में दिखाया गया है ।
सॉफ्टवेयर का उपयोग ( पूरक वीडियो 1देखें) सिमुलेशन शुरू करने के लिए, उपयोगकर्ता इनपुट मापदंडों डिजाइन शर्तों के अनुरूप प्रवेश करती है और इनपुट पैरामीटर निश्चित मूल्यों के रूप में जमा हो जाती है. उपयोगकर्ता पैरामीटर दर्ज करने के बाद अनुकरण के साथ आगे बढ़ना है, तो प्रोग्राम पहले चरण परिकलन करता है । पहला कदम है एकल चरण गणना, जो पाइप टूटना के बाद अपनाना प्रभाव के कारण शीतलक के नुकसान के लिए गणना है । चर सैद्धांतिक मॉडल द्वारा स्वचालित रूप से गणना कर रहे है (के रूप में है Bernoulli समीकरण में, जन प्रवाह संरक्षण, आदि.), और गणना उपयोगकर्ता द्वारा पैरामीटर इनपुट से आय । परिकलन परिणाम उपयोगकर्ता द्वारा निर्दिष्ट समय इकाई के अनुसार कंप्यूटर स्मृति में क्रमिक रूप से संग्रहीत किए जाते हैं ।
यदि पानी के स्तर 0 स्थिति के नीचे चला जाता है, इसका मतलब है कि एकल चरण प्रवाह समाप्त होता है, क्योंकि हवा इस समय SBL में भीड़ शुरू होता है । इसलिए, एकल चरण प्रवाह के लिए पहला कदम जब तक जल स्तर 0 स्थिति तक पहुंचता है । जब जल स्तर 0 स्थिति में है, इसका मतलब यह है कि शूटिंग की ऊंचाई शूंय है । गोली मारने की ऊंचाई SBL के प्रवेश द्वार के बीच ऊंचाई अंतर और अपनाना तोड़ने के बाद ऊपरी टैंक जल स्तर है । दूसरे शब्दों में, शूट करने की ऊंचाई इंगित करती है कि अपना दम तोड़ने के दौरान जल स्तर कितना कम हुआ । इसलिए, गोली मार ऊंचाई एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, क्योंकि यह शीतलक नुकसान की मात्रा का प्रत्यक्ष निर्धारण की अनुमति होगी । नतीजतन, कार्यक्रम पहले कदम की गणना के अंत के अनुसार की ऊंचाई को निर्धारित करता है ।
अगर शूट ऊंचाई शूंय से अधिक है, तो प्रोग्राम एक दूसरे चरण की गणना करता है जो दो चरण के प्रवाह को अनुकरण कर सकता है । क्योंकि पानी और हवा दोनों का प्रवाह अपनाना तोड़ने के चरण में मौजूद हैं, दोनों तरल पदार्थ के भौतिक गुणों पर विचार किया जाना चाहिए । इसलिए, दो-चरण गुणक, गुणवत्ता, और शून्य भिन्न के मान इस परिकलन चरण में माने जाते हैं । विशेष रूप से, शून्य अंश मान दूसरे चरण परिकलन का समाप्ति मापदंड के रूप में उपयोग किया जाता है । शून्य अंश वायु प्रवाह और जल प्रवाह के योग के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है । शून्य अंश (α) मान ०.९ से अधिक है, जब तक कि दूसरा चरण परिकलन आय । जब α ०.९ से अधिक है, तीसरे चरण की गणना आय जो स्थिर राज्य का वर्णन करता है । सैद्धांतिक रूप से, अपनाना तोड़ने के लिए समाप्त कसौटी α = 1 है क्योंकि केवल हवा इस समय पाइप में मौजूद है । हालांकि, इस कार्यक्रम में, अपनाना तोड़ने के लिए अंत मानदंड α = ०.९ गणना प्रक्रिया में किसी भी त्रुटि से बचने के लिए है । इसलिए, परिणाम के एक आंशिक नुकसान अपरिहार्य है, लेकिन इस त्रुटि नगण्य हो सकता है ।
स्थिर राज्य गणना उपयोगकर्ता द्वारा निर्धारित समय के दौरान आय । क्योंकि आगे कोई परिवर्तन नहीं है, स्थिर स्थिति में विशेषता है कि परिकलन परिणाम मान हमेशा स्थिरांक हैं । अगर अपनाना तोड़ने सफल है, ऊपरी टैंक में पानी की अंतिम स्तर पर एक विशिष्ट मूल्य पर रहेगा, शूंय नहीं है । हालांकि, अगर अपनाना तोड़ सफलतापूर्वक नहीं किया जाता है, शीतलक लगभग खो जाएगा, और अंतिम स्तर के पानी के दृष्टिकोण शूंय मूल्य । इसलिए, यदि स्थिर अवस्था में जल स्तर मान शूंय के बराबर होता है, तो यह इंगित करता है कि दिए गए डिज़ाइन शर्तों को अपनाना पूर्ण करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं ।
परिकलन के बाद, उपयोगकर्ता विभिन्न तरीकों से परिणामों की पुष्टि कर सकता है. परिणाम अपनाना तोड़ने की स्थिति दिखाने के लिए, अपना दम तोड़ने प्रगति, और व्यक्तित्व । सिमुलेशन कार्यक्रम की भविष्यवाणी और वास्तविक घटना का विश्लेषण और अपनाना ब्रेकर प्रणाली के डिजाइन में सहायता कर सकते हैं । इस पत्र में, प्रयोग प्रोटोकॉल, प्रयोग के परिणाम, और सिमुलेशन कार्यक्रम के आवेदन प्रस्तुत कर रहे हैं ।
Protocol
1. प्रयोगात्मक प्रक्रिया 4 , 5 , 6 वडा स्टेप प्रयोगात्मक सुविधा चेक करा. परीक्षण मैट्रिक्स के आधार पर, सावधानी से परीक्षण मैट्रिक्स परीक्षण की स?…
Representative Results
Discussion
एक अपनाना ब्रेकर एक निष्क्रिय संचालित सुरक्षा डिवाइस जब एक पाइप टूटना दुर्घटना होती है शीतलक के नुकसान को रोकने के लिए इस्तेमाल किया है । हालांकि, यह समकालीन अनुसंधान रिएक्टरों पर लागू करने के लिए मुश…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम कोरिया सरकार (MSIP: विज्ञान मंत्रालय, आईसीटी और भविष्य की योजना) द्वारा वित्त पोषित नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) ने समर्थन किया था (सं. एनआरएफ-2016M2B2A9911771) ।
Materials
| Absolute pressure transducer | Sensor Technics | CTE9000 | 0.05% full-scale error |
| Differential pressure transducer | Setra | C230 | 0.25% full-scale error |
| Ultrasonic flow meter | Tokyo Keiki | UFP-20 | Resolution 0.01m^3/h |
| Visual Studio 2012 | Microsoft | Windows 8 | Microsoft Foundation Class |
| E.R.W. steel pipe | Hyundai Hysco | KS D 3507(SPP) | 400A(out dia.) x 7.9mm(thickness) |
References
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