Исследование сифон выключатель эксперимента и моделирования для исследовательского реактора

Summary

Экспериментально исследована разорвать явления сифона и была предложена теоретическая модель. Была разработана программа моделирования, основанные на теоретические модели и результаты программы моделирования были сопоставлены с экспериментальные результаты. Был сделан вывод, что результаты моделирования программы соответствуют результаты экспериментов хорошо.

Abstract

В условиях дизайн исследовательского реактора сифон явление, вызванные разрывом трубы может вызвать постоянного оттока воды. Чтобы предотвратить этот отток, устройства управления не требуется. Сифон выключатель — это тип предохранительного устройства, которые могут быть использованы эффективно контролировать потери охлаждающей воды.

Для анализа характеристик сифона разорвать, реальном масштабе эксперимент был проведен. По результатам эксперимента было установлено, что существует несколько дизайн факторов, затрагивающих сифон, ломая явление. Таким образом существует необходимость в разработке теоретической модели прогнозирования и анализа сифон, ломая явление в различных условиях дизайн. С использованием экспериментальных данных, можно было разработать теоретическую модель, которая точно прогнозирует прогресс и в результате сифон, ломая явление. Установленным теоретическая модель основана на механики жидкости и включает Чисхолм модель для анализа двухфазного потока. Уравнение Бернулли, скорость, количество изменял высота уровня воды, давление, коэффициент трения и факторы, связанные с двухфазного потока может быть полученных или вычисленных. Кроме того чтобы использовать модель в этом исследовании, сифон выключатель анализа и проектирования программа была разработана. Программа моделирования действует на основе теоретической модели и возвращает результат в виде графа. Пользователь может подтвердить возможность сифон, ломая, проверяя форму графа. Кроме того сохранение всей моделирования результат возможен и может использоваться в качестве ресурса для анализа реальных сифон, нарушение системы.

В заключение пользователь может подтвердить статус разрыв сифона и дизайн сифон выключатель системы с помощью программы, разработанной в этом исследовании.

Introduction

Количество реакторов с помощью пластины тип топлива, например Иордании исследований и подготовки кадров реактор (JRTR) и KiJang исследовательский реактор (KJRR), недавно возросло. Для того, чтобы легко подключить тарелку тип топлива, исследовательского реактора требует ядра нисходящего потока. Так как исследовательских реакторов требуется чистая положительная высота всасывания реагента первичного охлаждения системы, некоторые охлаждения компонентов системы потенциально может быть установлен ниже реактора. Однако если разрыв труб происходит в системе первичного охлаждения ниже реактора, сифон эффект вызывает постоянный дренаж охлаждающей жидкости, которые могут привести к экспозиции реактора в воздух. Это означает, что нельзя удалить остаточного тепла, которое может привести к серьезной аварии. Таким образом в случае потери охлаждающей жидкости аварии (LOCA), необходим предохранительного устройства, которое может предотвратить серьезную аварию. Сифон выключателя является предохранительным устройством. Он может эффективно предотвратить отвода воды с помощью пускового воздуха. Вся система называется сифон, нарушение системы.

Было проведено несколько исследований для повышения безопасности исследовательских реакторов. Макдональд и куницы¹ провели эксперимент с целью подтверждения эффективности сифон, ломая клапан как активно действующие выключатель. Нейл и Стивенс² провели эксперимент, используя выключатель сифон как пассивно эксплуатация устройства в трубе малого размера. Сакурай³ предложил аналитическую модель для анализа сифон ломая, где была применена модель потока полностью отдельный воздух вода.

Сифон разорвать чрезвычайно сложным, потому что есть много параметров, которые должны быть рассмотрены. Кроме того поскольку не были проведены эксперименты для реального масштаба исследовательских реакторов, трудно применять предыдущие исследования современных исследовательских реакторов. Таким образом предыдущие исследования не представили удовлетворительных теоретическую модель для сифонной разорвать. По этой причине реальном масштабе эксперимент был проведен по созданию теоретической модели.

Исследовать влияние сифон выключатель на исследовательский реактор, реальном масштабе проверки эксперименты были проведены Пхохан университета науки и технологии (POSTECH) и Кореи атомной энергии исследовательский институт (каэри)^{4,5 ,6}. Рисунок 1 является фактический объект для эксперимента выключатель сифон. На рисунке 2 показана схема объекта и включает в себя значок объекта.

Рисунок 1. Фонд для сифона, ломая демонстрационный эксперимент. Размер основной трубы 16 в и акриловые окна установлен для наблюдения. Отверстие — это устройство, готовы описать падение давления. Таким образом есть часть сборки отверстие в нижней части верхнего бака. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2. Схематическая диаграмма экспериментальный центр. Представлено расположение точек измерения. Цифры указывают эти соответствующие места; положение точки 0 означает вход выключателя сифон, точка 1 означает уровень воды, точка 2 означает подключенный частью выключатель сифон и основной трубы и точка 3 означает LOCA. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Экспериментальный центр сифон выключатель состоит из верхнего бака, нижнего бака, системы трубопроводов и возврата насоса. Верхнего бака составляет 57,6 м³. Нижняя область и глубина являются 14,4 м² (4 x 3,6 м) и 4 м, соответственно. Нижнего бака и LOCA позиции являются расположен 8,3 м ниже верхнего бака. Нижнего бака — 70 м³. Нижняя емкость используется для хранения воды во время эксперимента. Нижний бак подключается к возвращения насоса. В нижнем баке вода перекачивается в верхний бак. Размер основной трубы трубопроводов системы-16 в. В конце сифон линии выключатель (SBL) является расположен высоко над нижней трубы 11,6 м разрыву точки. Кроме того акриловые окна устанавливаются на трубы для визуализации, как показано на рисунке 1.

Несколько устройств были установлены для измерения физических сигналов. Были использованы две Преобразователи абсолютного давления (апартаментов) и три Преобразователи дифференциального давления (DPT). Для измерения скорости потока массы воды, был использован ультразвуковой расходомер. Система сбора данных была использована для получения всех данных измерений на 250 мс интервалы времени. Помимо оборудования для измерения камеры были установлены для наблюдения и правителем был прикреплен на внутренней стене верхнего бака проверить уровень воды.

Различные размеры выключателя (SB) LOCA и сифон, сифон выключатель типа (линия/отверстие) и наличие отверстия относительно реакторного топлива и точки разрыва трубы были рассмотрены в эксперименте. Чтобы проверить эффект LOCA и SBL размер, различные размеры LOCA и SBL были использованы. LOCA размеры варьировали от 6 до 16 в и SBL размеры варьировали от 2 до 6 в. В эксперименте тип линии и отверстие сифон гидромолотов были использованы, но следующее содержимое этого исследования рассматривает только SBL тип, используемый в JRTR и KJRR. В качестве примера экспериментальных результатов рис. 3 — это граф, который включает давление и воды потока скорость передачи данных. Эксперимент проводился на 4 октября 2013 и экспериментальных данных образца является LN23 (линия тип SB, не отверстия, 12 в LOCA, 2,5 в SBL).

По данным эксперимента была создана теоретическая модель, которая может предсказать сифон, ломая явление. Теоретическая модель начинается с уравнением Бернулли. Скорость жидкости получается из уравнения Бернулли и объемного расхода могут быть получены путем умножения скорости жидкости в зоне канала. Кроме того уровень воды можно получить с помощью объемного расхода. Основная концепция теоретической модели, как выше. Однако так как сифон, ломая явление двухфазного потока, есть дополнительные очки для рассмотрения. Рассмотреть модель анализа двухфазного потока, точность проверки было испытание. Поскольку модель Чисхолм была более точной, чем модель однородной, Чизхольм модель используется для анализа явления. Согласно модели Чисхолм двухфазный множителя выражается как уравнение 1⁷. В этом уравнении ф представляет двухфазной множитель, ρ представляет плотность и X представляет качества.

(1)

класс p = «jove_content» > модель в Чисхолм, коэффициент B, который зависит от потока массы был включен. В конечном счете дифференцирование Формула корреляции между Чисхолм коэффициент B и условий проектирования реактора является значительный точкой теоретической модели. Другими словами еще одна цель эксперимента заключалась для получения данных для установления взаимосвязи между условий проектирования и Чисхолм коэффициент б. Из результатов теста была создана формула корреляции между условий проектирования и Чисхолм коэффициент B. Результате теоретическую модель была разработана для прогнозирования сифон, разорвать явление хорошо.

Кроме того была разработана программа моделирования с графическим интерфейсом пользователя (GUI). Переход абсолютного давления данных на рисунке 3, это явление можно разделить на три этапа: потери охлаждающей жидкости (однофазного потока), разрыв сифона (двухфазного потока) и устойчивого состояния. Таким образом процесс основные вычисления алгоритма включает трехэтапный процесс, соответствующий трех этапов реальная явлением. Включая процесс вычисления весь алгоритм для описания процесса моделирования показан на рисунке 4⁸.

С помощью программного обеспечения (см. дополнительное видео 1) чтобы начать моделирование, пользователь вводит входные параметры, соответствующие условиям проектирования и входные параметры хранятся в виде фиксированных значений. Если пользователь переходит с моделирования после ввода параметров, программа выполняет первый шаг расчета. Первым шагом является однофазной вычисление, которое является расчет потери охлаждающей жидкости из-за эффекта сифона после разрыва трубы. Переменные вычисляются автоматически в теоретической модели (как уравнение Бернулли, сохранения массы потока и т.д.), и расчет исходит из параметров ввода пользователем. Результаты расчета последовательно хранятся в памяти компьютера согласно единицу времени, назначенные пользователю.

Если капли воды уровень ниже позиции 0, это означает, что заканчивается однофазного потока, потому что воздух начинает бросаться в SBL на данный момент. Таким образом первый шаг для однофазного потока продолжается до тех пор, пока уровень воды достигает позиции 0. Когда уровень воды находится в позиции 0, это означает, что подстрела высота равна нулю. Подстрела высота-высота разница между входом SBL и уровень воды верхний бак после прерывания сифон. Другими словами изменял высота указывает, сколько уровень воды снизился во время разрыв сифона. Таким образом подстрела высота является важным параметром, потому что он позволил бы прямое определение количества потери охлаждающей жидкости. Следовательно программа определяет конец первого этапа вычисления согласно подстрела высоту.

Если высота подстрела больше нуля, программа выполняет второй шаг расчета, который может имитировать двухфазного потока. Поскольку поток воды и воздуха, присутствуют в сифон, преодолев этап, должны рассматриваться на физические свойства обеих жидкостей. Таким образом значения двухфазной множитель, качества и недействительным часть рассматриваются в этом шаге расчета. Специально значение void фракция используется как окончание критерий второй шаг расчета. Void фракция может быть выражено как отношение потока воздуха к сумме воздушных и водных потоков. Второй шаг расчета продолжается до тех пор, пока значение void дроби (α) является более 0,9. Когда α находится над 0.9, третий шаг расчета доходов, который описывает устойчивого состояния. Теоретически, конечный критерий для сифонной разорвать это α = 1, поскольку в трубу на данный момент существует только воздух. Однако, в этой программе, конец критерии для сифонной разорвать это α = 0,9, чтобы избежать любой ошибки в процессе вычисления. Таким образом частичная потеря результатов является неизбежным, но эта ошибка может быть незначительным.

Стационарное состояние расчет продолжается во время, заданное пользователем. Потому что нет никаких дальнейших изменений, установившемся характеризуется в том, что значения результата вычисления всегда постоянны. Если разрыв сифона является успешным, последний уровень воды в верхнем танк останется на уровне конкретного значения, не равна нулю. Однако если разрыв сифона не выполняется успешно, охлаждающей жидкости будет почти потеряли, и окончательный уровень воды приближается к нулю. Поэтому если значение уровня воды равен нулю в стационарном состоянии, это означает, что данный дизайн условия не являются адекватными для завершения разрыв сифона.

После вычисления пользователь может подтвердить результаты различными способами. Результаты показывают состояние сифона разорвать, сифон, ломая прогресса и необычности. Программа моделирования можно прогнозировать и анализировать явление реально и оказывать помощь в разработке системы выключатель сифон. В этом представлены бумага, протокол эксперимент, результаты эксперимента и применение программы моделирования.

Protocol

1. Экспериментальная процедура 4 , 5 , 6 Подготовка шаг проверить экспериментальный центр. На основе тестирования матрицы, тщательно проверьте тест матрицы тестовых условий, таких как размер LOCA, размер SBL, сифон выключатель тип…

Representative Results

Весь процесс сифон разорвать состоит из трех этапов. Первый этап является утечка охлаждающей жидкости из-за эффекта сифона. Вторым этапом является процесс запуска приток воздуха через SBL блокировать потери охлаждающей жидкости, называемый сифон ломать. Сифон критиче?…

Discussion

Сифон выключатель — пассивно действовали безопасности устройство, используемое для предотвращения потери охлаждающей жидкости при возникновении аварии разрыв трубы. Однако трудно применить к современных исследовательских реакторов, потому что нет никакого эксперимент для реально?…

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)