بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق، تحلیل ترموهیدرولیکی گرمترین مجتمع سوخت رآکتور ماژولار SMART با استفاده از روش تحلیل زیرکانال می باشد. روش تحلیل زیر کانال یک روش شناخته شده برای تحلیل ترموهیدرولیکی میله های سوخت رآکتور در یک مجتمع سوخت می باشد. بر اساس این روش هر بسته سوخت به صورت شبکه ای از حجم
های کنترلی با مقادیر میانگین در این حجم ها مدلسازی می گردد. براین اساس معادلات بقا توسط روش حجم محدود، جداسازی شده و دستگاه معادلات جبری غیر خطی بدست آمده، با استفاده از روشهای عددی حل شده است. جهت اعتبار سنجی نتایج از کد COBRA-EN استفاده شده است.
مقدمه
در سالهای اخیر تمایل به ساخت رآکتورهایی با ابعاد کوچک و ایمنی بالا به دلیل نیاز به واحدهای کوچک در شبکه های برق بخصوص در مناطق دورافتاده و شهرهای کم جمعیت در حال افزایش می باشد. از مشخصه های اصلی این رآکتورها می توان به ایمنی ذاتی بالا، سادگی تجهیزات، زمان بهره برداری بیشتر، کارایی بالاتر، هزینه بهره برداری کمتر نسبت به راکتورهای بزرگتر اشاره نمود. طراحی مفهومی رآکتور SMART در کره جنوبی از سال 1997 شروع و تا سال 2005 ادامه داشت.
طراحی پایه این رآکتور نیز از سال 2002 آغاز و تا سال 2015 ادامه داشت. این رآکتور هم اکنون در فاز عملیاتی قرار دارد و هم اکنون نمونه اولیه آن در حال ساخت می باشد و مطابق قردادی که بین کره جنوبی و عربستان سعودی در مارس 2015 منعقد شد، قرار شد این رآکتور در کشور عربستان نیز ساخته شود. Chang از انستیتو تحقیقات انرژی کره جنوبی، در کنفرانس بین المللی آینده سیستم های هسته ای در ایالات متحده آمریکا رآکتور SMART را به عنوان یک رآکتور پیشرفته سایز کوچک یکپارچه برای تولید توان و تولید آب شیرین معرفی نمود
Kang و همکارانش طی مقاله ای طرح مطالعاتی رآکتور تحت فشار یکپارچه SMART را بررسی نمودند
Kim . و همکارانش با ارائه مقاله ای در چهارمین کنفرانس بین المللی رآکتورهای سایز کوچک و متوسط به عنوان گزینه های جدید نیروگاههای هسته ای در کشورها به بررسی توسعه طراحی و بازبینی رآکتورهای تحت فشار ماژولار یکپارچه از جمله SMART پرداختند .
Kim و همکارانش طی مقاله ای در کنفرانس رآکتورهای نسل چهارم در ژاپن برنامه های تایید و بازبینی رآکتور SMART ارائه نمودند Zee .[4] در سال 2007 طی گزارشی به بررسی توسعه طراحی سیستم های رآکتور SMART پرداخت Lee .[5] و همکارانش طی مقاله ای با استفاده از کد COREDAX به بررسی رفتار نوترونی قلب رآکتور SMART پرداختند Kim .[6] و همکارانش در ژورنال مهندسی انرژی و قدرت، SMART را به عنوان نخستین رآکتور پیشرفته مجتمع دارای مجوز بررسی نمودند .
در این تحقیق با استفاده از روشهای حل عددی به بررسی رفتار ترموهیدرولیکی گرمترین مجتمع سوخت رآکتور SMART پرداخته شده و پارامترهای ترموهیدرولیکی نظیر دما، فشار، سرعت و چگالی، تعیین گردیده است.
روش کار
SMART - System Integrated Modular Advanced ReacTor - یک رآکتور سایز کوچک از نوع آب تحت فشار به صورت مجتمع و یکپارچه بوده که تمامی تجهیزات مدار اول آن در داخل محفظه تحت فشار رآکتور قرار داده شده است. توان حرارتی این رآکتور 330 MW - th - و توان الکتریکی آن در حدود 100 MW - e - می باشد. در شکل - 1 - نمایی از محفظه تحت فشار این رآکتور نشان داده شده است. محفظه تحت فشار این راکتور شامل قلب، مولد بخار، ناحیه پائین رونده، شومینه، مکانیزم هیدرولیکی میله های کنترل، محفظه بخار و کنترل کننده فشار داخلی می باشد.
در رآکتور SMART برداشت حرارت از طریق مکانیزم جریان اجباری سیال انجام می پذیرد. گرمای ناشی از شکافت در سوخت تولید و این گرما در اثر انتقال حرارت رسانشی به غلاف سوخت منتقل می گردد. افزایش دمای غلاف باعث ایجاد یک جریان همرفتی از سطح آن به سیال اطراف می گردد. جریان سیال پس از عبور از یکسری صفحات مشبک در قسمت بالای محفظه تحت فشار، وارد مولد بخار می گردد. در اثر تبادل حرارتی بین سیکل اولیه و ثانویه مولد بخار، دمای سیال کاهش یافته و به سمت پائین محفظه جریان یافته و در نهایت دوباره وارد قلب رآکتور می گردد.
قلب رآکتور SMART شامل 57 بسته سوخت مربعی با غنای کمتر از 5 درصد طول فعال 2000 mm می باشد. نمایی از قلب این رآکتور در شکل - 2 - نشان داده شده است. هر بسته های سوخت این رآکتور شامل 264 میله سوخت، 24 کانال راهنمای میله کنترل و 1 کانال اندازه گیری می باشد. بسته های سوخت این راکتور مشابه رآکتورهای PWR می باشد. رآکتیویته قلب رآکتور با استفاده از میله های جاذب سوختنی Gd2O3 با ترکیب اورانیوم با 1/8 درصد وزنی کنترل می گردد. در جدول - 1 - مشخصات رآکتور SMART که به عنوان شرایط مرزی مسئله استفاده شده است ارائه گردیده است.
شکل -1 نمایی از محفظه رآکتور [6] SMART شکل -2 نمایی از قلب رآکتور [6] SMART
جدول -1 مشخصات رآکتور [6] SMART
- معادله پیوستگی
معادلات بقا جرم در حجم کنترل انتخابیk ، شامل جریان محوری و عرضی بین کانالهای مجاور می باشد. معادله فوق بیان می کند که جریان خروجی از زیر کانال شماره k ، شامل جریان ورودی به این کانال و جریانهای عرضی از کانالهای مجاور می باشد.
