Studie av Hevert Breaker eksperiment og simulering for forskning reaktoren

Summary

Hevert bryte fenomenet ble undersøkt eksperimentelt og en teoretisk modell ble foreslått. En simuleringsprogram basert på den teoretiske modellen ble utviklet og resultatene av simulering programmet ble sammenlignet med eksperimentelle resultater. Det ble konkludert med at resultatene av simulering programmet tilordnet de eksperimentelle resultatene også.

Abstract

Vilkår design av forskning reaktoren kan Hevert fenomenet av rør brudd føre kontinuerlig utover vannstrømmen. For å forhindre denne utløp, kreves det en kontroll enhet. En Hevert breaker er en sikkerhetsanordning som kan brukes til å styre tap av kjølevann effektivt.

Analysere egenskapene til Hevert bryte, ble en ekte skala eksperimentet gjennomført. Fra resultatene av eksperimentet, ble det funnet at det er flere design faktorer som påvirker Hevert bryte fenomen. Derfor er det behov for å utvikle en teoretisk modell kan forutsi og analysere Hevert bryte fenomen under ulike design forhold. Bruker eksperimentelle data, var det mulig å formulere en teoretisk modell som nøyaktig spår fremdriften og resultatet av Hevert bryte fenomen. Den etablerte teoretiske modellen er basert på væske mekanikk og inkorporerer Chisholm modellen å analysere tofaset flyt. Fra Bernoulli ligningen, hastighet, antall, kan undershooting høyde, vannstanden, press, friksjonskoeffisienten og forhold knyttet til tofaset flyt fremstilt eller beregnet. Videre for å bruke modellen i denne studien, ble en Hevert breaker analyse og design programmet utviklet. Simulering programmet opererer på grunnlag av teoretisk modell og returnerer resultatet som en graf. Brukeren kan bekrefte at Hevert bryte ved å sjekke formen på grafen. Videre, det er mulig å lagre hele simulering resultatet og den kan brukes som en ressurs for å analysere den virkelige Hevert bryte system.

I konklusjonen, kan brukeren bekrefte statusen for den Hevert bryte og design Hevert breaker systemet benytter programmet utviklet i denne studien.

Introduction

Antall reaktorer med plate type drivstoff, for eksempel Jordan forskning og opplæring reaktor (JRTR) og KiJang forskning reaktor (KJRR), har økt nylig. For å koble plate type drivstoff, krever forskning reaktoren en kjerne nedadgående flyt. Siden forskningsreaktorer krever netto positiv sugehodet på primære kjølesystemet, kan potensielt noen avkjøling systemkomponentene installeres under reaktoren. Men hvis pipe brudd oppstår i primære kjølesystemet under reaktoren, forårsaker Hevert effekten kontinuerlig drenering av kjølevæske som kan føre til eksponering av reaktoren luften. Dette betyr at restvarmen ikke kan fjernes, som kan føre til en alvorlig ulykke. Derfor, i tilfelle tap av kjølevæske ulykke (LOCA), en sikkerhetsanordning som kan hindre en alvorlig ulykke er nødvendig. En Hevert breaker er slik en sikkerhetsanordning. Det kan effektivt hindre vann drenering ved hjelp av en inrush av luft. Hele systemet kalles Hevert bryte system.

Flere studier for forbedring av forskning reaktoren sikkerhet er utført. McDonald og Marten¹ utført et eksperiment for å bekrefte resultatene av en siphon bryte ventil som et aktivt opererer breaker. Neill og Stephens² utført et eksperiment med en Hevert breaker som passivt styres enhet i et lite rør. Sakurai³ foreslått en analytiske modellen analysere Hevert bryte der en helt egen luft-vann flyt modell ble brukt.

Hevert bryte er ekstremt komplisert fordi det er mange parametere som må vurderes. Videre, fordi eksperimenter for ekte skala forskningsreaktorer ikke utført, er det vanskelig å bruke tidligere studier på moderne forskningsreaktorer. Tidligere studier har derfor ikke presentert en tilfredsstillende teoretisk modell for Hevert bryte. Derfor ble en ekte skala eksperimentet gjennomført for å etablere en teoretisk modell.

For å undersøke effekten av Hevert breaker på forskning reaktoren, ble real skala bekreftelse eksperimenter utført av Pohang universitet for vitenskap og teknologi (POSTECH) og Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 ,6}. Figur 1 er faktisk anlegget for Hevert breaker eksperimentet. Figur 2 viser en skjematisk diagram av anlegget, og det inkluderer anlegget merket.

Figur 1. Anlegg for Hevert bryte demonstrasjons eksperiment. Hovedprosjekt pipe størrelsen er 16 i en akryl vindu er installert for observasjon. Munnstykket er en enhet som er forberedt på å beskrive trykkfall. Derfor er det en orifice montering del nederst i øvre tanken. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2. Skjematisk diagram av eksperimentelle. Plasseringen av målepunktene presenteres. Tallene angir disse aktuelle steder; punkt 0 betyr inngangen til Hevert breaker, punkt 1 betyr vannstanden, punkt 2 innebærer den tilkoblede delen av Hevert breaker og viktigste røret og punkt 3 betyr LOCA plasser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Hevert breaker eksperimentelle anlegget består av en øvre tank, en lavere tank, et rørsystem og en retur pumpe. Kapasiteten til øvre tanken er 57,6 m³. Det nederste området og dybden er 14.4 m² (4 m x 3,6 m) og 4 m, henholdsvis. Lavere tank og LOCA posisjon er plassert 8.3 m under øvre tanken. Kapasiteten til lavere tanken er 70 m³. Lavere tanken brukes til å lagre vannet under eksperimentet. Lavere tanken er tilkoplet tilbake pumpen. Vannet i lavere tanken blir pumpet i øvre tanken. Hovedprosjekt pipe er rørsystemet 16 i. Slutten av Hevert Breaker linje (SBL) er ligger 11,6 meter høyt over lavere røret ruptur punkt. I tillegg installert akryl windows på røret for visualisering, som vist i figur 1.

Flere enheter ble installert for å måle de fysiske signalene. To absolutt trykk transdusere (leiligheter) og tre differansetrykket transdusere (DPTer) ble brukt. For å måle vann gjennomstrømning, brukte en ultralyd gjennomstrømningsmåler. Et data oppkjøpet system ble brukt til å få alle måledata på 250 ms tidsintervaller. I tillegg til utstyr for måling, kameraer ble installert for observasjon og en linjal var festet på indre veggen av øvre tanken å sjekke vann-nivået.

Ulike LOCA og Hevert breaker (SB), Hevert breaker typer (linje/hull) og tilstedeværelsen av orifice om reaktoren drivstoff og rør ruptur punktet ble vurdert i eksperimentet. For å bekrefte effekten av LOCA og SBL, ulike størrelser av LOCA og SBL ble brukt. LOCA størrelsene varierte fra 6 til 16 i og SBL filstørrelser varierte fra 2 i til 6 i. I eksperimentet, linje og hull typen Hevert breakers ble brukt, men følgende innhold av denne studien vurderer bare den SBL-typen som brukes i JRTR og KJRR. Som et eksempel på eksperimentelle resultater er Figur 3 en graf som inneholder datatypen press og vann flow rate. Eksperimentet ble gjennomført på 4 oktober 2013 og eksperimentelle data prøven er LN23 (linjetypen SB, ingen orifice, 12 i LOCA, 2.5 i SBL).

Fra Eksperimentsdata, ble teoretisk modell som kan forutsi Hevert bryte fenomenet etablert. Den teoretiske modellen begynner med Bernoulli ligningen. Hastigheten av væske hentes fra Bernoulli ligningen og volumetriske infusjonshastigheten kan oppnås ved å multiplisere hastigheten av væske av rør området. I tillegg kan vannstanden oppnås ved hjelp av volumetriske flow rate. Det grunnleggende konseptet av den teoretiske modellen er som ovenfor. Men siden Hevert bryte fenomenet er en to-fase strøm, er det flere punkter vurderes. For å vurdere en tofaset flyt analyse modell, ble en nøyaktighet bekreftelse test utført. Siden Chisholm modellen var mer nøyaktig enn en homogen modell, brukes Chisholm modellen til å analysere fenomenet. Ifølge Chisholm-modellen er tofaset multiplikator formelen uttrykt som Formel 1–⁷. I denne likningen, ф representerer tofaset multiplikatoren, ρ representerer tetthet og X representerer kvalitet.

(1)

p class = “jove_content” > i Chisholm modell, en koeffisient B som varierer med masse flow var inkludert. Til slutt, avledning av en korrelasjon formel mellom Chisholm koeffisienten B og reaktoren design forhold er et viktig punkt av den teoretiske modellen. Med andre ord, var en annen formålet med forsøket å få data for å opprette relasjonen mellom design betingelsene og Chisholm koeffisienten B. Fra testresultatene, ble en korrelasjon formel mellom design forhold og Chisholm koeffisienten B etablert. Den resulterende teoretiske modellen ble utviklet for å forutsi Hevert bryte fenomenet godt.

Videre utviklet en simulering programmet med et grafisk brukergrensesnitt (GUI). Ved overgangen for absolutt trykk dataene i Figur 3, fenomenet kan deles inn i tre stadier: tap av kjølevæske (enfase strøm), Hevert bryte (tofaset flow) og Steady state. Derfor inkluderer viktigste beregningsprosessen av algoritmen en tretrinns prosess tilsvarer tre stadier av ekte fenomenet. Inkludert beregningsprosessen, hele algoritmen å beskrive simulering prosessen er vist i Figur 4–⁸.

Bruke programvaren (se supplerende Video 1) for å starte simuleringen, brukeren angir inndataparameterne tilsvarer design betingelsene og inndataparameterne lagres som faste verdier. Hvis brukeren fortsetter med simuleringen etter inn i parametrene, utfører programmet første trinn beregningen. Det første trinnet er enfase beregning, som er beregningen for tap av kjølevann på grunn av Hevert effekten etter rør bruddet. Variablene blir automatisk beregnet av den teoretiske modellen (som Bernoulli ligningen, masse flow bevaring, etc.), og beregningen fortsetter fra den parametere inndata. Resultatene av beregningen lagres sekvensielt i datamaskinminnet etter tidsenheten angitt av brukeren.

Hvis vannivået dråper under posisjon 0, betyr det at enfase strømmen ender, fordi luften begynner å forhaste seg SBL for øyeblikket. Derfor, det første skrittet for enkelt strøm fortsetter inntil vannet når posisjon 0. Når vannet er i posisjon 0, betyr dette at undershooting er null. Undershooting høyde er høyden forskjellen av SBL og øvre tank vannstanden etter Hevert bryte. Med andre ord, angir undershooting høyde hvor mye vannstanden sunket under Hevert bryte. Derfor er undershooting en viktig parameter, fordi det ville tillate direkte fastsettelse av antall kjølevæske tap. Programmet bestemmer derfor slutten av første trinn beregningen i henhold undershooting høyden.

Hvis undershooting er større enn null, utfører programmet en andre trinn beregning som kan simulere tofaset flyt. Fordi både vann og luft flyt finnes i Hevert bryte Stadium, må de fysiske egenskapene til begge væsker vurderes. Derfor regnes verdiene for tofaset multiplikator, kvalitet og ugyldig brøk i denne beregningen trinn. Spesielt, brukes den ugyldige brøkverdi slutter kriterium for andre trinn beregningen. Ugyldig brøken kan uttrykkes som forholdet mellom luft summen av luft og vann strømmer. Andre trinn beregningen fortsetter til den ugyldige brøkverdi (α) er over 0,9. Når α er over 0,9, fortsetter tredje trinn beregningen som beskriver steady state. Teoretisk sett, den siste kriteriet for Hevert bryte er α = 1 siden bare luft finnes i røret nå. I dette programmet, er imidlertid slutten kriteriene for Hevert bryte α = 0,9 for å unngå eventuelle feil i beregningsprosessen. Derfor en delvis tap av resultater er uunngåelig, men denne feilen kan være ubetydelig.

Steady state beregningen blir utført i løpet av tiden angitt av brukeren. Fordi det finnes ikke flere endringer, er steady state karakterisert ved at beregningen resultere verdiene er alltid konstant. Hvis Hevert bryte er vellykket, blir det endelige nivået av vann i øvre tanken på en bestemt verdi, ikke null. Men hvis Hevert bryte ikke utføres lykkes, kjølevæske vil nesten tapt og endelig nivå av vannet nærmer seg null. Derfor hvis vannivået-verdi lik null i steady state, indikerer det at gitt design forholdene ikke er tilstrekkelig å fullføre Hevert bryte.

Etter beregningen, kan brukeren bekrefte resultatene på ulike måter. Resultatene viser statusen til Hevert bryte, Hevert bryte utvikling og singularitet. Simulering programmet kan forutsi og analysere fenomenet realistisk og bistå i utformingen av Hevert breaker systemet. I dette presenteres papir, eksperimentet protokollen, resultatene av eksperimentet, og anvendelse av simulering programmet.

Protocol

1. eksperimentelle prosedyren 4 , 5 , 6 forberedelse trinn Sjekk Eksperimentsenter. Basert på testen matrix, nøye sjekke test matrise teste forholdene, for eksempel LOCA størrelse SBL størrelse, Hevert breaker typer og tilstedeværelsen av orifice, før eksperimentet. Også test for å bekrefte at instrumentations og komponenter av anlegget fungere uten data støy eller funksjonsfeil. Fyll p?…

Representative Results

Hele prosessen med Hevert bryte består av tre faser. Den første fasen er utstrømming av kjølevæske på grunn av Hevert effekten. Den andre fasen er prosessen med å starte tilførsel av luft gjennom SBL blokkere tap av kjølevæske, kalt Hevert bryte. Hevert bryte fenomenet kan sees som en kraftig økning av absolutt trykk i Figur 3. Etter absolutt trykket øker raskt, er det gradvis redusert på grunn av vannstanden nedgangen. I slutten av Hevert bryte,…

Discussion

En Hevert breaker er en passivt-opererte sikkerhetsanordning som brukes til å hindre tap av kjølevæske når en pipe ruptur ulykke inntreffer. Det er imidlertid vanskelig å bruke moderne forskningsreaktorer fordi det er ingen eksperiment for ekte skala forskningsreaktorer. Derfor ble real skala eksperimentet gjennomført av POSTECH og KAERI. Formålet med forsøket var å påvise at Hevert bryte er mulig med ekte skala størrelse, og for å identifisere faktorer som påvirker Hevert bryte. Eksperimentelle resultater v…

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)