Estudio de sifón interruptor experimento y simulación de un Reactor de investigación

Summary

El sifón rompiendo el fenómeno fue investigado experimentalmente y se propuso un modelo teórico. Se desarrolló un programa de simulación basado en el modelo teórico y los resultados del programa de simulación se compararon con los resultados experimentales. Se concluyó que los resultados del programa de simulación emparejó bien los resultados experimentales.

Abstract

En las condiciones de diseño de un reactor de investigación, el fenómeno de sifón, inducido por la ruptura de la tubería puede causar flujo continuo hacia afuera del agua. Para evitar esta salida, un dispositivo de control se requiere. Un interruptor de sifón es un tipo de dispositivo de seguridad que puede ser utilizado para controlar con eficacia la pérdida de agua de refrigeración.

Para analizar las características del sifón rompiendo, se llevó a cabo un experimento de escala real. De los resultados del experimento, se encontró que existen varios factores de diseño que afectan el sifón rompiendo el fenómeno. Por lo tanto, es necesario desarrollar un modelo teórico capaz de predecir y analizar el sifón rompiendo fenómeno bajo diferentes condiciones de diseño. Utilizando los datos experimentales, es posible formular un modelo teórico que predice con precisión el progreso y el resultado del sifón rompiendo el fenómeno. El modelo teórico establecido se basa en la mecánica de fluidos e incorpora el modelo de Chisholm para analizar el flujo de dos fases. De la ecuación de Bernoulli, la velocidad, cantidad, contracción altura, caudal, presión, coeficiente de fricción y factores relacionados con el flujo de dos fases podría ser obtenida o calculada. Por otra parte, para utilizar el modelo establecido en el presente estudio, se desarrolló un programa de análisis y diseño de interruptor de sifón. El programa de simulación funciona sobre la base del modelo teórico y devuelve el resultado como un gráfico. El usuario puede confirmar la posibilidad del sifón rompiendo marcando la forma del gráfico. Además, guardar el resultado de toda simulación es posible y puede ser utilizado como un recurso para analizar el sifón real romper el sistema.

En conclusión, el usuario puede confirmar el estado del sifón rompiendo y diseño del sistema de triturador de sifón utilizando el programa desarrollado en este estudio.

Introduction

Recientemente ha aumentado el número de reactores con combustible tipo placa, tales como la investigación de Jordania y Reactor de entrenamiento (JRTR) y Reactor de investigación de KiJang (KJRR). Para conectar fácilmente el combustible tipo placa, el reactor de investigación requiere un flujo hacia abajo de la base. Puesto que los reactores de investigación requieren carga de succión positiva neta el primario del sistema de enfriamiento, algunos componentes del sistema de enfriamiento podrían potencialmente instalarse debajo del reactor. Sin embargo, si la ruptura de la tubería se produce en el sistema de refrigeración primario por debajo del reactor, el efecto sifón causa drenaje continuo de líquido refrigerante que puede resultar en la exposición del reactor al aire. Esto significa que no puede extraerse el calor residual, que podría conducir a un grave accidente. Por lo tanto, en caso de una pérdida de accidente del líquido refrigerador (LOCA), es necesario un dispositivo de seguridad que puede evitar un accidente grave. Un interruptor de sifón es un dispositivo de seguridad. Puede prevenir con eficacia el drenaje del agua mediante el uso de una irrupción de aire. Todo el sistema se llama el sifón rompiendo el sistema.

Se han realizado varios estudios para la mejora de la seguridad del reactor de investigación. McDonald ‘ s y Marta¹ llevó a cabo un experimento para confirmar el funcionamiento de un sifón rompiendo la válvula como un interruptor de funcionamiento activamente. Neill y Stephens² realizaron un experimento utilizando un martillo rompedor de sifón como un dispositivo pasivo funcionado en un tubo de pequeño tamaño. Sakurai³ propuso un modelo analítico para analizar el sifón rompiendo donde se aplicó un modelo de flujo de aire-agua completamente separada.

Sifón rompiendo es extremadamente complejo porque hay muchos parámetros que necesitan ser considerados. Además, porque no se han realizado los experimentos para reactores de investigación de escala real, es difícil aplicar los estudios anteriores a reactores de investigación contemporáneo. Por lo tanto, los estudios anteriores no han presentado un modelo teórico satisfactorio para sifón rompiendo. Por esta razón, se realizó un experimento de escala real para establecer un modelo teórico.

Para investigar el efecto del interruptor de sifón en un reactor de investigación, se realizaron experimentos de verificación de la escala real Universidad Pohang de ciencia y tecnología (UMSNH) y el Instituto de investigación de energía atómica de Corea (KAERI)^{4,5 ,6}. La figura 1 es la facilidad real para el experimento de interruptor de sifón. La figura 2 muestra un diagrama esquemático de la instalación e incluye la marca de la instalación.

Figura 1. Facilidad para el sifón rompiendo experimento demostración. El tamaño de la tubería principal es de 16 en y se instala una ventana de acrílico para la observación. El orificio es un dispositivo preparado para describir la caída de presión. Por lo tanto, hay una parte del conjunto de orificio en la parte inferior del tanque superior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Diagrama esquemático de la instalación experimental. Se presenta la ubicación de puntos de medida. Los números indican estos lugares pertinentes; posición de punto 0 significa la entrada del disyuntor de sifón, punto 1 indica el nivel de agua, punto 2 significa la parte conectada el interruptor del sifón y la tubería principal y punto 3 significa la LOCA. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La instalación experimental de interruptor de sifón consiste en un tanque superior, un tanque inferior, un sistema de tuberías y una bomba de retorno. La capacidad del tanque superior es de 57,6 m³. La zona inferior y la profundidad son 14,4 m² (4 m x 3,6 m) y 4 m, respectivamente. El tanque inferior y la posición de LOCA están situado 8,3 m por debajo del tanque superior. La capacidad del tanque inferior es de 70 m³. El tanque inferior se utiliza para almacenar el agua durante el experimento. El tanque inferior se conecta a la bomba de retorno. El agua en el tanque inferior se bombea en el tanque superior. El tamaño de la tubería principal del sistema es 16. Al final de la línea de sifón de interruptor (SBL) esta situado 11,6 m de alto sobre el tubo inferior punto de ruptura. Además, acrílico windows se instalan en la tubería de la visualización, como se muestra en la figura 1.

Se instalaron varios dispositivos para medir las señales físicas. Se utilizaron dos transductores de presión absoluta (APTs) y tres transductores de presión diferencial (DPTs). Para medir el caudal másico de agua, se utilizó un medidor de flujo ultrasónico. Se utilizó un sistema de adquisición de datos para obtener todos los datos de medición en 250 ms en intervalos de tiempo. Además de los equipos para la medición, las cámaras fueron instaladas para la observación y un gobernante fue atado en la pared interior del tanque superior para comprobar el nivel del agua.

En el experimento se consideraron varios tamaños de interruptor (SB) LOCA y sifón, sifón interruptor tipos (agujero de línea) y la presencia de orificio de combustible del reactor y el punto de ruptura de la tubería. Con el fin de verificar el efecto de tamaño LOCA y SBL, varios tamaños de LOCA y SBL fueron utilizados. Los tamaños LOCA osciló entre 6 y 16 y los tamaños SBL varió de 2 a 6 en. En el experimento, tipo de línea y el agujero de interruptores de sifón fueron utilizados, pero el contenido siguiente de este estudio sólo considera el tipo SBL en el JRTR y KJRR. Como ejemplo de resultados experimentales, figura 3 es un gráfico que incluye los datos de tasa de flujo de presión y agua. El experimento se llevó a cabo en 04 de octubre de 2013 y la muestra de datos experimentales es LN23 (tipo de línea SB, sin orificio, 12 en LOCA, 2.5 en SBL).

De los datos del experimento, se estableció el modelo teórico que puede predecir el sifón rompiendo el fenómeno. El modelo teórico comienza con la ecuación de Bernoulli. La velocidad del fluido se obtiene de la ecuación de Bernoulli y el flujo volumétrico se puede obtener multiplicando la velocidad del fluido por el área de la tubería. Además, el nivel del agua puede obtenerse usando la tasa de flujo volumétrico. El concepto básico del modelo teórico es como arriba. Sin embargo, puesto que el sifón rompiendo el fenómeno es un flujo de dos fases, hay puntos adicionales a considerar. Para considerar un modelo de análisis de flujo bifásico, se realizó una prueba de verificación de exactitud. Puesto que el modelo de Chisholm era más preciso que un modelo homogéneo, el modelo de Chisholm se utiliza para analizar el fenómeno. Según el modelo de Chisholm, el fórmula del multiplicador de dos fases se expresa como ecuación 1⁷. En esta ecuación, ф representa el multiplicador de dos fases, ρ representa la densidad, y X representa calidad.

(1)

clase p = “jove_content” > modelo en la Chisholm, un coeficiente B que varía con el flujo de masa se incluyó. En última instancia, la derivación de una fórmula de la correlación entre coeficiente de Chisholm B y las condiciones de diseño del reactor es un punto importante del modelo teórico. En otras palabras, otro propósito del experimento era obtener datos para establecer la relación entre las condiciones de diseño y coeficiente de Chisholm B. De los resultados de la prueba, se estableció una fórmula de correlación entre las condiciones de diseño y coeficiente de Chisholm B. El modelo teórico resultante fue desarrollado para predecir el sifón rompiendo fenómeno bien.

Además, se desarrolló un programa de simulación con una interfaz gráfica de usuario (GUI). Por la transición de los datos de presión absoluta en la figura 3, el fenómeno se puede dividir en tres etapas: la pérdida de refrigerante (flujo monofásico), rotura del sifón (flujo bifásico) y estado estacionario. Por lo tanto, el proceso de cálculo principales del algoritmo incluye un proceso de tres etapas correspondientes a las tres etapas del fenómeno real. Incluyendo el proceso de cálculo, el algoritmo entero para describir el proceso de simulación se muestra en la figura 4⁸.

Utilizando el software (ver 1 Video suplementario) para comenzar la simulación, el usuario ingresa los parámetros de entrada correspondiente a las condiciones de diseño y los parámetros de entrada se almacenan como valores fijos. Si el usuario continúa con la simulación después de introducir los parámetros, el programa realiza el cálculo del primer paso. El primer paso es el cálculo monofásico, que es el cálculo de pérdida de refrigerante debido al efecto sifón después de la ruptura de la tubería. Las variables se calcularon automáticamente con el modelo teórico (como en la ecuación de Bernoulli, preservación del flujo de masa, etc.), y el cálculo procede de la entrada de parámetros por el usuario. Los resultados de cálculo se almacenan secuencialmente en la memoria del ordenador según la unidad de tiempo señalada por el usuario.

Si las gotas de nivel de agua abajo posición 0, significa que termina el flujo monofásico, porque aire comienza a precipitarse el SBL en este momento. Por lo tanto, el primer paso para el flujo monofásico procede hasta que el nivel del agua alcanza la posición 0. Cuando el nivel del agua está en la posición 0, esto significa que la altura undershooting es cero. La altura undershooting es la diferencia de altura entre la entrada de la SBL y el nivel de agua del tanque superior después de la ruptura de sifón. En otras palabras, contracción altura indica cuánto el nivel del agua disminuyó durante el sifón rompiendo. Por lo tanto, la altura undershooting es un parámetro importante, porque permitiría la determinación directa de la cantidad de pérdida de refrigerante. En consecuencia, el programa determina el final del primer paso de cálculo según la altura undershooting.

Si la altura undershooting es mayor que cero, el programa realiza un segundo cálculo de paso que puede simular el flujo de dos fases. Porque el flujo de aire y agua están presentes en el sifón rompiendo el escenario, se deben considerar las propiedades físicas de ambos fluidos. Por lo tanto, se consideran los valores de multiplicador de dos fases, la calidad y la fracción de vacío en este paso de cálculo. Especialmente, el valor de la fracción vacío se utiliza como fin criterio del cálculo del segundo paso. La fracción de vacía puede expresarse como el cociente del flujo de aire a la suma de aire y corrientes de agua. El segundo cálculo paso procede hasta que el valor de la fracción vacío (α) es 0.9. Cuando α es 0.9, el tercer cálculo paso procede que describe el estado estacionario. En teoría, el criterio final para sifón rompiendo es α = 1 puesto que el aire sólo existe en la tubería en este momento. Sin embargo, en este programa, el criterio final para sifón rompiendo es α = 0.9 para evitar cualquier error en el proceso de cálculo. Por lo tanto, una pérdida parcial de los resultados es inevitable, pero este error puede ser insignificante.

Cálculo de estado estacionario se desarrolla durante el tiempo establecido por el usuario. Porque no hay cambio, el estado estacionario se caracteriza en que los valores de resultado de cálculo están siempre constantes. Si romper sifón tiene éxito, el nivel final del agua en el tanque superior se mantendrá en un valor específico, no cero. Sin embargo, si la rotura del sifón no se realiza con éxito, el refrigerante será casi perdido, y el nivel final del agua acerca a cero valor. Por lo tanto, si el valor de nivel de agua es igual a cero en estado estacionario, indica que las condiciones de diseño dadas no son adecuadas para completar la rotura del sifón.

Tras el cálculo, el usuario puede confirmar los resultados de varias maneras. Los resultados muestran el estado del sifón rompiendo, sifón romper progreso y singularidad. El programa de simulación puede predecir y analizar el fenómeno de modo realista y asistir en el diseño del sistema de triturador de sifón. En este papel, el protocolo del experimento, resultados del experimento y la aplicación del programa de simulación se presentan.

Protocol

1. procedimiento experimental 4 , 5 , 6 preparación paso Verifique la instalación experimental. Basado en la matriz de la prueba, revise cuidadosamente las condiciones de prueba de prueba de matriz, tales como LOCA tamaño SBL tamaño, tipos de interruptor del sifón y la presencia del orificio antes del experimento. También, la prueba para confirmar que la instrumentación y componentes de la instalaci?…

Representative Results

Todo el proceso de romper sifón consiste en tres etapas. La primera etapa es la salida del refrigerante debido al efecto de sifón. La segunda etapa es el proceso a partir de la entrada de aire a través del SBL para bloquear la pérdida de refrigerante, llamado sifón rompe. El fenómeno de rotura del sifón puede verse como un fuerte aumento de la presión absoluta en la figura 3. Después de la presión absoluta aumenta rápidamente, se reduce gradualment…

Discussion

Un interruptor de sifón es un dispositivo de seguridad pasiva operada utilizado para evitar la pérdida de refrigerante cuando ocurre un accidente de rotura de la tubería. Sin embargo, es difícil de aplicar a los reactores de investigación contemporáneo porque no hay ningún experimento para los reactores de investigación de escala real. Por esta razón, el experimento de escala real se realizó por la UMSNH y KAERI. El propósito del experimento era confirmar que la rotura del sifón es factible en el tamaño de e…

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)