بخشی از مقاله
خلاصه
نظر به پیچیدگی های هندسی حاکم بر تحلیل ترموهیدرولیکی قلب راکتور، سادگی هر چه بیشتر مدلی مناسب به منظور شبیه سازی میدان جریان در راستای کاهش زمان محاسبات و همچنین دقت بالای نتایج ضروری می باشد. در این پژوهش به کمک تئوری جسم متخلخل، مجتمع سوخت راکتور VVER-1000 به عنوان الگویی مناسب از قلب این راکتور به منظور استفاده در تحلیل ترموهیدرولیکی به کمک کد محاسباتی در دسترس موجود استفاده شده است.
ضرایب لزجت و اینرسی مورد نیاز در ترم چشمه مومنتوم با بهرهگیری از الگوی مناسبی از کانال جریان با در نظر گرفتن جزئیاتی از قبیل حضور spacer ها محاسبه و مدل جسم متخلخل با استفاده از این ضرایب تهیه گردیده است.
نتایج این پژوهش نشان دهنده ی مطاقبت بسیار خوب مدل جسم متخلخل مجتمع سوخت با شرایط ترموهیدرولیکی قلب میباشد. مقایسه نتایج بدست آمده در تحلیل ترموهیدرولیکی قلب راکتور نشان داد که شبیه سازی مجتمع سوخت، با فرض جسم متخلخل، می تواند علاوه بر ایجاد یک شبکه مناسب و منظم در هندسه های پیچیده، زمان انجام محاسبات را تا رسیدن به حل همگرا به صورت قابل ملاحظه ای کاهش دهد.
.1 مقدمه
ایمنی قلب راکتورهای PWR همواره یکی از دغدغه ها و مباحث مورد توجه در صنعت هسته ای بوده است. یکی از راه های بررسی ایمنی قلب راکتور، تحلیل ترموهیدرولیک قلب در شرایط مختلف می باشد لذا تهیه مدل ترموهیدرولیکی ساده و در عین حال دقیق از قلب اهمیت بسیاری دارد. قلب راکتور ساختار پیچیده ای شامل مجتمع های سوخت که هر کدام متشکل از تعداد زیادی میله ی سوخت است که با فنرهایی در فاصله ی معین در یک چینش خاص در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. مدل سازی یک قلب راکتور هسته ای دارای دشواری هایی بسیاری است که از عمده ترین آن ها می توان به ساختار پیچیده ی قلب اشاره کرد.
در بسیاری پژوهش ها سعی شده تا تحلیل ترموهیدرولیک قلب با مدلسازی یک کانال جریان به عنوان الگویی از رفتار کل قلب راکتوراستفاده شود. هر چند کانال جریان مدل ساده شده ای از قلب می باشد اما در عین حال با در نظر گرفتن spacerها همچنان دارای پیچیدگی می باشد و نیازمند شبکه بندی با تعداد سلول محاسباتی بسیار می باشد که این خود موجب افزایش هزینه و زمان محاسبات می گردد. لذا تهیه ی مدل ساده تری از قلب با تعداد سلول محاسباتی کمتر و کاهش زمان و هزینه ی محاسبات همواره از دغدغه های پژوهشگران صنعت هستهای می باشد. در این راستا محققان زیادی به مدلسازی قلب راکتورهای هسته ای به کمک جسم متخلخل پرداختهاند. در تحقیقی پیله ور و همکاران با استفاده از مدل محیط متخلخل جریان قابل تراکم در راکتورها با سوخت های کروی را ارزیابی نمودند.
سیپان و عثمان در دانشگاه علم و صنعت میسوری، به بررسی افزایش توان راکتور تحقیقاتی 200 کیلو وات این دانشگاه پرداختند. به منظور پشتیبانی از این هدف، تحلیل CFD برای تکمیل تحلیل نوترونیک راکتور کنونی انجام شد. برای مدل سازی کل راکتور از دیدگاه جسم متخلخل به منظور کاهش هزینه محاسبات استفاده شده است. توزیع دمایی کانال داغ برای سطح توان 200، 100، 60 و 20 کیلو وات محاسبه گردید که این نتایج یک چارچوب برای تحلیل ایمنی افزایش توان راکتور فراهم می کند.
راجامانی و همکاران طی پژوهشی به پیش بینی گذرای تکامل دمایی و جریان در زیر مجموعه های راکتور و استخر سدیم، همراه با تحلیل ایمنی سیستم برداشت حرارت ناشی از واپاشی های بعد از خاموشی راکتور پرداختند. در این پژوهش به منظور اجتناب از جزئیات هندسی میکروسکوپیک برای مناطقی شامل حجم های سیال و جامد و برای کاهش تعداد سلول های شبکه محاسباتی از دیدگاه جسم متخلخل بهره گرفته اند.
عباسی و همکاران با به کارگیری شبیه سازی جریان گردش طبیعی در راکتور مینیاتوری اصفهان را مورد مطالعه قرار دادند. این تحلیل عددی شامل دو مرحله ی محاسبه ی متغیرهای محیط متخلخل مانند افت فشار و تخلخل در منطقه اصلی و شبیه سازی گردش طبیعی در مخزن راکتور با فرض قلب راکتور به عنوان یک جسم متخلخل می باشد. نتایج پژوهش شامل توزیع دما و الگوی جریان در راکتور می باشد. هدف اصلی این پژوهش تهیه ی یک مدل ترموهیدرولیکی ساده و دقیق با تهیه مدل جسم متخلخل مجتمع سوخت راکتور VVER-1000 به عنوان نمادی مناسب از قلب این راکتور به منظور استفاده در تحلیل ترموهیدرولیکی به کمک نرم افزار فلوئنت می باشد.
.2 هندسه و شرایط مرزی :
در این پژوهش قلب راکتور VVER-1000 مورد مطالعه قرار گرفته است و جدول 1 مشخصات کلی قلب راکتور بوشهر که یک راکتور VVER-1000 می باشد را نشان می دهد. همچنین مشخصات مجتمع سوخت این راکتور در جدول 2 آورده شده است.
جدول - 1 - مشخصات قلب راکتور بوشهر
جدول - 2 - مشخصات مجتمع سوخت راکتور بوشهر
.3 تئوری جسم متخلخل:
به دلیل پیچیده بودن ساختار یک مجتمع سوخت برای مدل سازی آن می توان از دیدگاه محیط متخلخل بهره جست. در این دیدگاه، معادلات بقا با مفهوم تخلخل حجم کنترل مرتبط می باشد. پارامتر مهم تخلخل به صورت نسبت حجم سیال به حجم کل، تحت عنوان تخلخل حجمی در رابطه 1 تعریف می گردد و شکل 1 نشان دهنده ی نمایی از یک مجتمع سوخت است که به کمک محیط متخلخل مدل شده است.
شکل - 1 - مدل جسم متخلخل مجتمع سوخت
