Studio di simulazione e sifone Breaker esperimento per un reattore di ricerca

Summary

Il sifone rompendo il fenomeno è stato studiato sperimentalmente ed è stato proposto un modello teorico. È stato sviluppato un programma di simulazione basato sul modello teorico e i risultati del programma di simulazione sono stati confrontati con i risultati sperimentali. Si è concluso che i risultati del programma di simulazione ha trovato bene i risultati sperimentali.

Abstract

Sotto le condizioni di progetto di un reattore di ricerca, il fenomeno di sifone indotto dalla rottura del tubo può causare continuo deflusso di acqua. Per impedire questo deflusso, un dispositivo di controllo è necessario. Un interruttore del sifone è un tipo di dispositivo di sicurezza che può essere utilizzata per controllare efficacemente la perdita di acqua di raffreddamento.

Per analizzare le caratteristiche del sifone di rottura, è stato condotto un esperimento di scala reale. Dai risultati dell’esperimento, è stato trovato che ci sono diversi fattori di progettazione che influenzano il fenomeno di rottura di sifone. Di conseguenza, c’è la necessità di sviluppare un modello teorico in grado di prevedere e analizzare il sifone fenomeno sotto varie condizioni di progetto di rottura. Utilizzando i dati sperimentali, è stato possibile formulare un modello teorico che predice con precisione lo stato di avanzamento e il risultato del sifone del fenomeno di rottura. Il modello teorico stabilito si basa sulla meccanica dei fluidi e incorpora il modello di Chisholm per analizzare il flusso bifase. Dall’equazione di Bernoulli, la velocità, la quantità, sottoelongazioni altezza, livello dell’acqua, pressione, coefficiente di attrito e fattori correlati al flusso bifase potrebbero essere ottenute o calcolate. Inoltre, per utilizzare il modello stabilito in questo studio, è stato sviluppato un programma di analisi e progettazione dell’interruttore di sifone. Il programma di simulazione funziona sulla base del modello teorico e restituisce il risultato sotto forma di grafico. L’utente può confermare la possibilità del sifone rottura controllando la forma del grafico. Inoltre, è possibile salvare il risultato della simulazione intero e può essere utilizzato come una risorsa per analizzare il sifone vero e proprio sistema di rottura.

In conclusione, l’utente può verificare lo stato del sifone rompendo e progettazione del sistema di interruttore di sifone utilizzando il programma sviluppato in questo studio.

Introduction

Il numero di reattori piastra-tipo di combustibile, come Jordan ricerca e formazione Reactor (JRTR) e reattore di ricerca KiJang (KJRR), è aumentato recentemente. Al fine di collegare facilmente il combustibile del tipo a piastre, il reattore di ricerca richiede un flusso verso il basso di nucleo. Poiché i reattori di ricerca richiedono battente netto del sistema di raffreddamento primario, alcuni componenti del sistema di raffreddamento potrebbero potenzialmente essere installati sotto il reattore. Tuttavia, in caso di rottura del tubo nel sistema di raffreddamento primario sotto il reattore, l’effetto sifone causa continuo drenaggio del liquido di raffreddamento che potrebbe provocare l’esposizione del reattore all’aria. Ciò significa che il calore residuo non può essere rimosso, che potrebbe portare ad un grave incidente. Pertanto, in caso di perdita dell’incidente del refrigerante (LOCA), un dispositivo di sicurezza che possa impedire un grave incidente è necessario. Un interruttore del sifone è un dispositivo di sicurezza. Può impedire efficace drenaggio dell’acqua utilizzando un afflusso d’aria. L’intero sistema è chiamato il sifone di rottura del sistema.

Sono stati condotti diversi studi per il miglioramento della sicurezza del reattore di ricerca. McDonald e Marten¹ effettuato un esperimento al fine di confermare le prestazioni di un sifone rottura valvola come un interruttore di operare attivamente. Neill e Stephens² eseguito un esperimento utilizzando un breaker sifone come un dispositivo gestito passivamente in un tubo di piccole dimensioni. Sakurai³ proposto un modello analitico per analizzare il sifone rottura dove è stato applicato un modello di flusso di aria-acqua completamente separati.

Sifone di rottura è estremamente complesso perché ci sono molti parametri che devono essere considerati. Inoltre, poiché non sono stati condotti gli esperimenti per reattori di ricerca a scala reale, risulta difficile applicare gli studi precedenti a reattori di ricerca contemporanea. Di conseguenza, gli studi precedenti non hanno presentato un modello teorico soddisfacente per sifone rottura. Per questo motivo, un esperimento di scala reale è stato condotto per stabilire un modello teorico.

Per studiare l’effetto dell’interruttore del sifone in un reattore di ricerca, sono stati eseguiti esperimenti di verifica di scala reale di Pohang Università della scienza e della tecnologia (POSTECH) e Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 ,6}. La figura 1 rappresenta la struttura effettiva per l’esperimento dell’interruttore di sifone. La figura 2 Mostra un diagramma schematico della struttura e comprende il marchio di impianto.

Figura 1. Impianto per il sifone rottura esperimento dimostrativo. La dimensione di tubo principale è 16 a e una finestra acrilica viene installata per l’osservazione. L’orifizio è un dispositivo preparato per descrivere la caduta di pressione. Di conseguenza, c’è una parte di assembly orifizio nella parte inferiore del serbatoio superiore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Diagramma schematico della struttura sperimentale. La localizzazione dei punti di misurazione è presentata. I numeri indicano queste posizioni rilevanti; Posizione punto 0 indica l’ingresso dell’interruttore del sifone, punto 1 indica il livello dell’acqua, punto 2 indica la parte collegata l’interruttore di sifone e tubo principale e punto 3 indica la LOCA. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

L’impianto sperimentale di sifone dell’interruttore è costituito da un serbatoio superiore, un serbatoio inferiore, un sistema di tubazioni e una pompa di ritorno. La capacità del serbatoio superiore è 57,6 m³. Zona inferiore e la profondità sono 14,4 m² (4 m x 3,6 m) e 4 m, rispettivamente. La vasca inferiore e la posizione di LOCA sono situati a 8,3 m sotto il serbatoio superiore. La capacità del serbatoio inferiore è di 70 m³. La vasca inferiore viene utilizzata per immagazzinare l’acqua durante l’esperimento. Il serbatoio inferiore è collegato alla pompa di ritorno. L’acqua nel serbatoio inferiore viene pompata nel serbatoio superiore. La dimensione del tubo principale del sistema di tubazioni è di 16 a. Alla fine della linea di Breaker sifone (SBL) si trova a 11,6 m alto sopra il tubo inferiore punto di rottura. Inoltre, windows acrilico sono installati sul tubo per la visualizzazione, come illustrato nella Figura 1.

Per misurare i segnali fisici sono stati installati diversi dispositivi. Sono stati utilizzati due trasduttori di pressione assoluta (APT) e tre trasduttori di pressione differenziale (DPT). Per misurare il tasso di flusso di massa di acqua, un misuratore di portata ad ultrasuoni è stato utilizzato. Un sistema di acquisizione dati è stato utilizzato per ottenere tutti i dati di misura a 250 ms gli intervalli di tempo. Oltre all’attrezzatura per la misurazione, sono state installate telecamere per l’osservazione e un righello è stato fissato sulla parete interna del serbatoio superiore per controllare il livello dell’acqua.

Dimensioni degli interruttori (SB) vari LOCA e sifone, tipi di sifone breaker (foro di linea) e la presenza dell’orifizio per quanto riguarda il combustibile del reattore e il punto di rottura del tubo sono stati considerati nell’esperimento. Sono stati utilizzati al fine di verificare l’effetto delle dimensioni LOCA e SBL, varie dimensioni di LOCA e SBL. Le dimensioni LOCA ha variate da 6 a 16 a e le dimensioni SBL hanno variate da 2 a 6 in. Nell’esperimento, tipo di linea e foro di interruttori di sifone sono stati usati, ma il contenuto seguente di questo studio prende in considerazione solo il tipo SBL utilizzato nella JRTR e KJRR. Come un esempio di risultati sperimentali, nella figura 3 è un grafico che include i dati di velocità di flusso pressione e acqua. L’esperimento è stato condotto su 4 ottobre 2013 e il campione di dati sperimentali è LN23 (tipo linea SB, nessun orifizio, 12 in LOCA, 2.5 in SBL).

Dai dati dell’esperimento, è stato istituito il modello teorico che può predire il sifone fenomeno di rottura. Il modello teorico inizia con l’equazione di Bernoulli. La velocità del fluido è ottenuta dall’equazione di Bernoulli e la portata volumetrica può essere ottenuta moltiplicando la velocità del fluido dalla zona del tubo. Inoltre, il livello dell’acqua può essere ottenuto utilizzando la portata volumetrica. Il concetto di base del modello teorico è come sopra. Tuttavia, poiché il fenomeno di rottura di sifone è un flusso bifase, ci sono ulteriori punti da considerare. Per considerare un modello di analisi di flusso bifase, è stato effettuato un test di verifica di precisione. Poiché il modello di Chisholm è stato più preciso di un modello omogeneo, il modello di Chisholm è utilizzato per analizzare il fenomeno. Secondo il modello di Chisholm, la formula bifase moltiplicatore è espressa come equazione 1⁷. In questa equazione, ф rappresenta il moltiplicatore a due fasi, ρ rappresenta la densità e X rappresenta la qualità.

(1)

Classe p = “jove_content” > modello In the Chisholm, un coefficiente B che varia con il flusso di massa è stato incluso. In definitiva, la derivazione di una formula di correlazione tra il coefficiente di Chisholm B e condizioni di progetto di reattore è un punto significativo del modello teorico. In altre parole, un altro scopo dell’esperimento era di ottenere dati per stabilire la relazione tra condizioni di progetto e coefficiente di Chisholm B. Dai risultati del test, è stata stabilita una formula di correlazione tra le condizioni di progetto e Chisholm coefficiente B. Il modello teorico risultante è stato sviluppato per predire il sifone rottura bene il fenomeno.

Inoltre, è stato sviluppato un programma di simulazione con un’interfaccia utente grafica (GUI). Dalla transizione dei dati di pressione assoluta nella Figura 3, il fenomeno può essere diviso in tre fasi: la perdita di liquido refrigerante (monofase portata), rottura del sifone (flusso bifase) e allo stato stazionario. Di conseguenza, il processo di calcolo principale dell’algoritmo include un processo in tre fasi corrispondenti alle tre fasi del fenomeno reale. Compreso il processo di calcolo, l’algoritmo intero per descrivere il processo di simulazione è illustrato nella Figura 4⁸.

Utilizzando il software (vedere Supplemental Video 1) per iniziare la simulazione, l’utente immette i parametri di input corrispondenti alle condizioni di progetto e i parametri di input vengono memorizzati come valori fissi. Se l’utente procede con la simulazione dopo aver inserito i parametri, il programma esegue il calcolo di passaggio primo. Il primo passo è il calcolo monofase, che è il calcolo per la perdita del liquido di raffreddamento a causa dell’effetto sifone dopo la rottura del tubo. Le variabili vengono calcolate automaticamente dal modello teorico (come in equazione del Bernoulli, conservazione di flusso di massa, ecc.) e il calcolo procede dal parametri di input dall’utente. I risultati di calcolo in sequenza vengono archiviati nella memoria del computer secondo l’unità di tempo indicato dall’utente.

Se i livello dell’acqua scende sotto posizione 0, significa che il flusso monofase finisce, perché aria inizia a correre in SBL in questo momento. Di conseguenza, il primo passo per il flusso di monofase continua finché il livello dell’acqua raggiunge la posizione 0. Quando il livello dell’acqua si trova in posizione 0, ciò significa che l’altezza undershot è zero. L’altezza undershot è la differenza di altezza tra l’ingresso di SBL e il livello di acqua del serbatoio superiore dopo la rottura del sifone. In altre parole, sottoelongazioni altezza indica quanto il livello dell’acqua è diminuito durante il sifone di rottura. Di conseguenza, l’altezza undershot è un parametro importante, perché consentirebbe la determinazione diretta della quantità di perdita di refrigerante. Di conseguenza, il programma determina la fine del primo passo calcolo secondo l’altezza undershot.

Se l’altezza undershot è maggiore di zero, il programma esegue un secondo calcolo passo che può simulare il flusso bifase. Perché il flusso di aria e dell’acqua sono presenti nel sifone in fase di rottura, le proprietà fisiche di entrambi i liquidi devono essere considerate. Pertanto, i valori di moltiplicatore a due fasi, la qualità e la frazione sub sono considerati in questo passaggio di calcolo. Il valore della frazione sub è usato specialmente, come terminata il criterio del calcolo secondo passo. La frazione sub può essere espresso come il rapporto tra il flusso d’aria per la somma di aria e acqua scorre. Il secondo calcolo passo procede fino a quando il valore della frazione sub (α) è superiore allo 0,9. Quando α è superiore allo 0,9, il terzo calcolo passo procede che descrive allo stato stazionario. Teoricamente, il criterio finale per rottura del sifone è α = 1, poiché soltanto l’aria presente nel tubo in questo momento. Tuttavia, in questo programma, i criteri di fine per la rottura del sifone è α = 0,9 per evitare qualsiasi errore nel processo di calcolo. Di conseguenza, una perdita parziale di risultati è inevitabile, ma questo errore può essere trascurabile.

Calcolo di stato stazionario si svolge durante il tempo impostato dall’utente. Perché non c’è nessun ulteriore cambiamento, lo stato stazionario è caratterizzato in quanto i valori dei risultati di calcolo sono sempre costante. Se la rottura del sifone ha esito positivo, il livello finale dell’acqua nel serbatoio superiore rimarrà a un valore specifico, non zero. Tuttavia, se la rottura del sifone non viene eseguita correttamente, il refrigerante sarà quasi perso, e il livello finale dell’acqua si avvicina a valore zero. Pertanto, se il valore del livello dell’acqua è uguale a zero in regime stazionario, indica che le condizioni di progetto dato non sono sufficienti per completare la rottura del sifone.

Dopo il calcolo, l’utente può confermare i risultati in vari modi. I risultati mostrano lo stato di rottura, sifone sifone le più recenti progressi e singolarità. Il programma di simulazione può prevedere e analizzare il fenomeno realisticamente e assistere nella progettazione del sistema sifone. In questa carta, il protocollo di esperimento, risultati dell’esperimento e applicazione del programma di simulazione sono presentati.

Protocol

1. procedura sperimentale 4 , 5 , 6 preparazione passo controllare l’impianto sperimentale. In base alla matrice di test, controllare attentamente le condizioni di prova di prova matrice, come dimensione LOCA, dimensione SBL, tipi di interruttore del sifone e la presenza dell’orifizio, prima dell’esperimento. Inoltre, test per confermare che le strumentazioni e i componenti dell’impianto di funzionano corre…

Representative Results

L’intero processo di rottura del sifone è costituita da tre fasi. La prima fase è il deflusso del liquido di raffreddamento a causa dell’effetto sifone. La seconda fase è il processo di avvio l’afflusso d’aria attraverso il SBL per bloccare la perdita di refrigerante, chiamato sifone rottura. Il fenomeno di rottura del sifone può essere visto come un forte aumento di pressione assoluta nella Figura 3. Dopo la pressione assoluta aumenta rapidamente, si è …

Discussion

Un breaker sifone è un dispositivo di sicurezza passiva operati utilizzato per prevenire la perdita di liquido refrigerante quando si verifica un incidente di rottura del tubo. Tuttavia, è difficile da applicare ai reattori di ricerca contemporanea, perché non c’è nessun esperimento per i reattori di ricerca a scala reale. Per questo motivo, la scala reale fu condotto da POSTECH e KAERI. Lo scopo dell’esperimento era di confermare che la rottura del sifone è fattibile con le dimensioni di scala reale, e per identifi…

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)