بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، به بررسی و شبیهسازی جریان جابجایی طبیعی1 در قلب راکتور تحقیقاتی تهران تحت عملکرد عادی، بدون حضور پمپ پرداخته میشود. شبیهسازی نوترونی قلب و محاسبهی توزیع توان تولیدی در آن، با استفاده از نرمافزار MCNPX صورت گرفت. سپس نتایج حاصل، جهت انجام محاسبات مورد نیاز به یک نرمافزار دینامیک سیالات محاسباتی - فلوئنت - 2 که بر پایهی روش حجم محدود کار میکند، انتقال یافت. جریان برای حالت پایا3 و دوبعدی در مجموعهی سوختی که بیشترین سهم از توان کل را داراست، مدل گردید و توان 300 کیلووات به عنوان بیشترین توانی که تحت جابجایی طبیعی و بدون دو فاز شدن جریان قابل دستیابی بود ،برآورد شد.
مقدمه
یکی از مهمترین عوامل محدودکننده در اخذ توان از راکتورهای تحقیقاتی، اطمینان از خنککنندگی مناسب در کلیهی شرایط میباشد. نقش جریان طبیعی سیال در خنکسازی قلب، حتی در صورت حضور پمپ، حائز اهمیت است. پدیدهی جابجایی طبیعی در اثر اختلاف چگالی حاصل از گرادیان دما، پدید میآید. این پدیده در برداشت گرمای قلب راکتورهای قدرت، بعد از خاموشسازی، کاربرد فراوان دارد.
یان1 و همکاران [1] - 2005 - از فلوئنت برای شبیهسازی شرایط گردش طبیعی در طراحی یک راکتور تحقیقاتی استفاده کردهاند. این شبیهسازی با فرض محیط متخلخل و برای زمان پس از خاموشی صورت گرفته است. آزونی2 و همکاران [2] - 2010 - آنالیز ایمنی راکتور تحقیقاتی NUR که برای مدت طولانی تحت جابجایی طبیعی کار کرده است را انجام دادند. شبیهسازی آنها با کد ریلپ3 برای توان 100 کیلووات، با در نظر گرفتن مدل سینتیک نوترونی نقطهای4 و مشخصات ترموهیدرولیکی و هندسی واقعی سیستم صورت گرفته است.
آردانه5 و زعفرانلوئی[3] - 2012 - 6 حل تحلیلی یک بعدیای برای آنالیز رفتار ترموهیدرولیکی یک راکتور تحقیقاتی MTR تحت شرایط جابجایی طبیعی و حالت پایا ارائه کردند. آنها از دادههای راکتور تحقیقاتی تهران و SILOE برای صحتسنجی و از نرمافزار CONVEC V3.40 برای تخمین نتایج استفاده نمودند. فرهادی[4] - 2012 - 7 با استفاده از مدلسازی ریاضی، تخمین نرخ برداشت حرارت با جابجایی طبیعی پس از خاموشی راکتور تحقیقاتی تهران را بررسی نمود. این مطالعه، برای دو حالت تقریب بوزینسک8 و غیربوزینسک در شارحرارتی یکنواخت و غیریکنواخت کسینوسی انجام گرفته است.
قهرمانی و همکاران [5] - 2012 - ، جابجایی طبیعی سیال آب و نانوسیال9 در یک مدل دوبعدی سادهسازی شده از راکتور تهران، برای زمان پس از خاموشی را، توسط فلوئنت مورد بررسی قرار دادهاند. این بررسی نشان میدهد که با افزودن نانو ذرات به سیال پایه آب، دمای صفحه سوخت10 در مقایسه با حالتی که با آب خنک میشد، کاهش مییابد و با افزودن غلظت نانو ذرات، دمای سوخت به مقدار بیشتری کاهش خواهد یافت.
قیصری و همکاران [6] - 1394 - جریان جابجایی طبیعی در قلب راکتور تهران را به روش عددی با استفاده از نرمافزار فلوئنت مورد بررسی قرار دادند و الگوی جریان در حالت خاموشی راکتور را ارائه کردند. در این مطالعه از روش محیط متخلخل جهت کاهش حجم محاسبات، استفاده شده است. ژانگ1 و همکاران [7] - 2015 - ظرفیت2 خنککنندگی3 گردش طبیعی راکتور تحقیقاتی دانشگاه کیوتو - KUR - 4 را به طور آزمایشی به وسیلهی اندازهگیری دمای ورودی و خروجی قلب در توانهای گرمایی مختلف بین 10 تا 100 کیلووات و در حالت خاموشی، مورد بررسی قرار دادند.
اغلب مطالعات انجام شده بر زمان پس از خاموشی متمرکز میباشند و به اهمیت برداشت حرارت در زمان عملکرد عادی راکتور تحت جابجایی طبیعی و توانایی آن در کاهش هزینهها، کمتر پرداخته شدهاست. در کارهای صورت گرفته، اغلب سادهسازیهای بسیار و مشبندیهای نهچندان دقیقی لحاظ شده و همچنین شار حرارتی صفحات سوخت بهصورت دقیق و واقعی اعمال نشدهاست، که این موارد متعاقبا کاهش دقت در نتایج را به همراه خواهد داشت.
با توجه به حجم بالای محاسبات در شبیهسازی ترموهیدرولیکی کل قلب، یک مجموعهی سوخت به نمایندگی از کل قلب، مدل میگردد. بنابراین باید اطلاعات مربوط به توزیع توان در سراسر قلب و سهم هر مجموعهی سوخت، بهمنظور انتخاب مجموعهای با بالاترین سهم از توان و حرارت کل، بهدست آید. با استفاده از نتایج شبیهسازی نوترونی، الگویی برای توزیع توان در کل قلب، مطابق شکل 3، حاصل گردید.
