بخشی از مقاله
چکیده:
این مقاله به امکان سنجی طراحی ترموهیدرولیکی کانال داغ در یک راکتور سریع زاینده موج رونده TWR، به عنوان مکمل محاسبات نوترونیک صورت پذیرفته توسط خردمند و همکاران پرداخته است . راکتور مورد بررسی از نوع راکتورهای سریع گازی با خنک کننده هلیم است. پس از مدلسازی هندسه کانال داغ و ایجاد مش مناسب در نرم افزار ANSYS CFX نسبت به تعریف مسئله و اعمال شرایط مرزی اقدام گردید. از آنجا که دسترسی به مقادیر شرایط مرزی مناسب امکان پذیر نبود، از قابلیت بهینه سازی نرم افزار جهت نیل به افزایش انتقال حرارت و بازدهی بیشتر، استفاده شد. نتایج بدست آمده حاکی از وجود شرایط ایده آل جهت امکان سنجی طراحی ترموهیدرولیکی برای این نوع راکتور ها می باشد.
مقدمه :
راکتورهای موج رونده 1TWR از نوع راکتورهای سریع زاینده با خنک کننده گازی هستند. این راکتورهاTWR با مقداری سوخت غنی شده اولیه میتوانند برای مدتی طولانی با سوخت اورانیم تهی شده کار کنند. آنها بدون نیاز به سوخت هایی با غنای خیلی زیاد می توانند با بازده بالاتری از راکتورهای کنونی کارکنند وسوخت مورد نیاز سالانه خود را تولید نمایند. سوخت این راکتورها بر پایه U238 است و قدرت از طریق تولید محوری سوخت جدید ومصرف سوخت اولیه ایجاد میشود. همواره مقدار سوخت شکافای تولید شده در قلب راکتور در طول دوره تولید قدرت - برای 60 سال متمادی - حیاتی ومهم است.
تولید قدرت در این راکتورها قطع نمیشود. زباله های هسته ای آسانتر دفع میشوند ومراحل بازیافت حذف می گردد.[1] توزیع شار نوترون، دانسیته اتمی وتوزیع دانسیته قدرت درطول کارکرد راکتور تقریبا ثابت است. مطالعه روی راکتورهای TWR از سال 1950 آغاز شد. Teller وهمکاران [2] یک روش نوآورانه برای یک راکتور هسته ای کاملا"خودکار با کارکرد طولانی را مورد بحث قرار دادند . - 1996 - مفهوم مورد نظرTeller با [3] Van Dam دنبال شد، که در آن آنالیزهای اساسی ثبات بحرانیت توسط موج پیش رونده مطرح شد - [4] Sekimoto and Ryu . - 2003 استراتژی سوختن راکتور 2Candle را مورد بحث قرار دادند.
درباره چگونگی کمک کردن TWR ها برای جابه جایی اقتصاد جهانی انرژی به یک اقتصاد پایدارتر بحث کرده اند . - 2010 - Myhrvoldوهمکاران [6] طرح راکتورجدید با سوخت غیر شکافا را مطرح کردند . - 2012 - خردمند وهمکاران [7] تلاش کردند که یک طرح نوترونیک برای یک قلب جدید با ویژگی های تغییر یافته ایجاد کنند. . - 2012 - با توجه به اهمیت چنین راکتورهایی با بازدهی بالا جهت شناخت و دسترسی به داده های گسترده تر، انجام محاسبات ترموهیدرولیک ضروری به نظر می رسد. برای شبیه سازی ترموهیدرولیکی این نوع راکتور از قابلیت های نرم افزار CFX استفاده می گردد.
روش کار:
در این مطالعه محاسبات ترموهیدرولیک کانال داغ قلب راکتور TWR ، جهت تکمیل و ادامه کار خردمند وهمکاران [7] که مباحث نوترونیک این نوع راکتورها را مورد بررسی قرار داده بودند، انجام شده است. در ابتدا نسبت به ترسیم هندسه کانال داغ و ایجاد مش مناسب در نرم افزار ANSYS طبق جدول شماره 1 اقدام می گردد . همانطور که قبلا ذکر شده هندسه محوری سوخت، در قلب راکتور به دو بخش غنی شده و تهی شده تقسیم می گردد.
ارتفاع سوخت غنی شده وارتفاع مناطق با سوخت تهی شده به ترتیب 120و360 سانتی متر است. که به منظور افزایش قدرت، انتشار محوری از پایین قلب شروع می شود و جهت توزیع متناسب تراکم قدرت وشار، سوخت هایی با غنای %13، %7و% 3 به ترتیب با طولهای مختلف 96 ، 12و12 سانتی متر در منطقه شروع سوختن جایگزین می گردد. لازم به ذکر است استفاده از سوخت نیترید اورانیوم U15N با توجه چگالی بالاو جذب کم نوترونی نیتروژن و کاهش رزونانس های ناحیه فوق حرارتی، پیشنهاد شده است.[7]
داده های مربوط به هلیم به عنوان سیال خنک کننده و سایر مواد با اعمال شرایط مرزی ومدل های حاکم بر جریان، به اضافه مقدار توان محوری - از محاسبات نوترونیک خردمند وهمکاران [7] به عنوان پارامتر ورودی منبع شار حرارتی - در کد CFX تعریف می شود. از آنجایی که اطلاعات کافی برای تعریف شرایط مرزی در شبیه سازی چنین راکتورهایی موجود نیست، از قابلیت بهینه سازی نرم افزار CFX برای تشخیص بهترین شرایط مرزی جهت بالاترین بازدهی استفاده می گردد.
