研究用原子炉のサイフォン ブレーカー実験とシミュレーションに関する研究

ヨルダンの研究と訓練リアクター (JRTR) キジャン研究炉 (KJRR) などの平板状燃料を使用して原子炉の数が最近増加しています。プレート型燃料を簡単に接続するためには、研究用原子炉は、コア下降流を必要とします。研究用原子炉では、一次冷却系の正味の正吸引頭を必要とするので、いくつかの冷却システムのコンポーネントは原子炉の下インストール潜在的でした。ただし、以下の原子炉の一次冷却装置のパイプ破断が発生すると、サイフォン効果は原子炉の空気への暴露につながる冷却水の連続的な排水を引き起こします。これは余熱できない削除し、重大な事故につながる可能性があることを意味します。したがって、冷却事故 (ロカ) 紛失は、重大な事故を防ぐことができる安全装置が必要です。サイフォンのブレーカーは、そのような安全装置です。それは、空気の流入を使用して排水を効果的に防ぐことができます。全体のシステムは、システムを破壊するサイフォンと呼ばれます。

研究炉の安全性の向上のためのいくつかの研究が行われています。マクドナルドとテン¹は、積極的に営業のブレーカーとしてバルブを壊すサイフォンの性能を確認するために実験を行った。ニールとステファン²は、小型のパイプで受動的操作デバイスとしてサイフォンのブレーカーを使用して、実験を行った。櫻井³は、完全独立した空気水フロー モデルを適用した速報サイフォンを分析するための解析モデルを提案しました。

速報サイフォンは、考慮する必要があります多くのパラメーターがあるので非常に複雑です。さらに、実規模の研究用原子炉の実験が行われないために、現代的な研究用原子炉に先行研究を適用する困難です。したがって、以前の研究は、サイフォンを壊すため満足な理論モデルを提示していません。このため、理論的なモデルを確立する実大実験を行った。

浦項科学技術 (POSTECH)、韓国原子力研究所 (えり)^{4,5 大学によって行われた実規模検証実験研究用原子炉にサイフォン ブレーカーの影響を調べるためには、 ,6}。図 1は、サイフォン ブレーカー実験のため実際の施設です。施設の概略図を図 2に示し、施設マークが含まれています。

図 1。実証実験を壊すサイフォン施設。主配管サイズは 16 で、観察用アクリル ウィンドウがインストールされています。オリフィスは圧力損失を記述するための仕組みも用意です。したがって、上部タンクの下部にオリフィス アセンブリ部分があります。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2。実験施設の概略図。測定ポイントの場所が表示されます。数字には、これらの関連する場所。サイフォン ブレーカーの入り口は 0 を返してポイント、ポイント 1 水レベルを示します、サイフォン ブレーカーとメイン配管との接続部分を意味する 2 ポイントおよびポイント 3 を意味する、LOCA を配置します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

サイフォン ブレーカーの実験施設は上部タンク、下部タンク、配管システム、およびリターン ポンプから成っています。上のタンクの容量は 57.6 m³です。下部エリアと深さは、それぞれ 14.4 m² (4 m × 3.6 m) と 4 m。下部タンクとロカの位置は、上部タンクの下に位置する 8.3 m です。下のタンクの容量は 70 m³です。下部のタンクは、実験中に水を格納する使用されます。下部のタンクは、リターン ポンプに接続されます。下のタンクの水は、上部のタンクに注入されます。配管システムの主配管サイズは、16 です。サイフォン ブレーカー ライン (SBL) の最後は下段のパイプの上に位置する 11.6 m ポイントを破裂します。さらに、図 1に示すように、アクリル窓は可視化用のパイプにインストールされます。

いくつかのデバイスは、物理的な信号を測定するインストールされました。2 つの絶対圧力トランスデューサー (ピンズ) および 3 つの差動圧力トランスデューサー (Dpt) 使用されました。水の質量流量を測定するには、超音波流量計は使用されました。データ集録システムは、時間間隔 250 ms ですべての計測データを取得に使用されました。測定機器に加えて観測用カメラを設置、定規の水のレベルをチェックする、上部タンクの内壁についた。

実験では、様々 なロカとサイフォン ブレーカー (SB) サイズ、サイフォンのブレーカーの種類 (線/穴) と原子炉の燃料とパイプ破断点に関するオリフィスの存在を考えられていた。ロカと SBL のサイズ、ロカと SBL の様々 なサイズの効果を検証するために使用されました。16 で 2 〜 6 の SBL サイズで 6 〜 ロカ サイズ。実験では、サイフォン ブレーカーの線と穴の種類は、使用されたが、本研究の次のコンテンツのみを考慮して JRTR と KJRR で使用される SBL 型。実験結果の例としては、図 3は、圧力と水、流量データを含むグラフは。2013 年 10 月 4 日に実験を行った、実験データのサンプルは LN23 (ライン型 SB、ないオリフィス ロカ、SBL の 2.5 の 12)。

実験データからサイフォン現象を予測できる理論が設立されました。理論モデルはベルヌーイの式から始まります。流体の速度はベルヌーイの式から得られるし、体積流量はパイプ領域による流体の速度を乗算することによって取得できます。さらに、水のレベルは、体積流量を使用して取得できます。理論的なモデルの基本的なコンセプトは上記。ただし、サイフォン現象は二相流なので考慮すべき追加点があります。二相流解析モデルを検討するには、, 精度評価実験を行った.チザム モデルの均質なモデルよりもより正確な頃、チザム モデル現象を分析するため。チザム社のモデルによると二相乗算式は方程式 1⁷として表されます。この方程式で ф 二相の乗数を表します、ρ は密度を表す、X は品質を表します。

(1)

p クラス =”jove_content”> で、チザム モデル質量流量によって変化する係数 B が含まれていた。最終的に、チザム係数 B と原子炉設計条件の相関式の導出は、理論的モデルの重要なポイントです。つまり、実験のもう一つの目的は設計条件とチザム係数 b. 間の関係を確立するデータを取得、テスト結果から設計条件とチザム係数 B との相関式が設立されました。サイフォン現象をも破壊を予測する結果の理論的モデルが開発されました。

さらに、シミュレーション プログラムのグラフィック ユーザー インターフェイス (GUI) が開発されました。図 3に絶対圧データの移行による現象は 3 つの段階に分けることができます: クーラント (単相流)、サイフォン速報 (二相流)、および定常状態の損失。したがって、アルゴリズムの主な計算プロセスには、実際の現象の 3 つの段階に対応する 3 つの手順が含まれます。計算過程を含むシミュレーション プロセスを記述する全体のアルゴリズムは図 4⁸に表示されます。

ソフトウェアを使用して (ビデオの補足 1参照) シミュレーションを開始するには、ユーザーが入力した設計条件に対応する入力パラメーターと入力パラメーターは固定値として格納されます。ユーザーは、パラメーターを入力後シミュレーションを続行、プログラムは最初のステップの計算を実行します。最初のステップは、サイフォン効果によりクーラントのパイプ破断後の損失計算は、単相の計算です。変数 (ベルヌーイの式、質量流量保存、等) のように理論的なモデルによって自動的に計算し、計算を実行して、ユーザーによって入力されたパラメーターから。計算結果は、ユーザーの指定した時間単位によるとコンピューターのメモリに順次格納されます。

場合は水位下がる位置 0 に、それは空気がこの瞬間、SBL に突入だすのでを単相流れを終了することを意味します。したがって、単相流の最初のステップは、水レベル 0 の位置に到達するまで続行されます。水のレベルは、0 の位置には、場合、undershooting の高さはゼロ。Undershooting の高さは、サイフォンの中断の後、SBL の入り口、上部タンクの水位の高低差です。つまり、高さのクロスモダル速報サイフォンの中にどのくらい水位が減少したことを示します。したがって、undershooting の高さは冷却材喪失量の直接定量法が許可されるため、重要なパラメーターであります。その結果、プログラムは、undershooting の高さによると最初のステップの計算の終わりを決定します。

Undershooting の高さが 0 より大きい場合、プログラムは二相流をシミュレートすることができます 2 番目のステップの計算を実行します。ステージを壊すサイフォンで水と空気の流れがあるために、両流体の物性を考慮されなければなりません。そのため、二相の乗数、品質、およびボイド率の値はこの計算手順でと見なされます。特別に、ボイド率の値は、終了 2 番目のステップの計算の基準として使用されます。空隙率は、空気の合計に空気の流れと水の流れの比率として表現できます。ボイド率 (α) 値が 0.9 以上になるまで、2 番目のステップの計算が行われます。Α が 0.9 以上と、3 番目のステップ計算を実行して定常状態を表します。Α はサイフォンを破る終了基準に理論的には、この時点でパイプ内の空気だけが存在するために 1 を =。しかし、このプログラムを壊すサイフォンの終了条件は α = 0.9 計算プロセスに任意のエラーを回避します。したがって、結果の部分的な損失は避けられないが、このエラーは無視することができます。

定常計算は、ユーザーによって設定された時間中に行われます。以上、変更は、定常状態の特徴として、計算結果の値は、常に一定。サイフォンの破壊に成功した場合、上部タンクの水の最後のレベル特定の値は、ゼロではないのままになります。しかし、サイフォン速報が正常に実行されない場合、クーラントがほとんど失われる、水の最終的なレベル値がゼロに近づきます。したがって、定常状態における水位値 0 の場合、指定された設計条件がサイフォンの破壊を完了するのに十分ではないことを示します。

計算後、ユーザーはさまざまな方法で結果を確認できます。結果は、サイフォンを破り、進行状況、および特異性を壊すサイフォンのステータスを表示します。シミュレーション プログラムは、予測し現象を現実的に分析し、サイフォン ブレーカー システムの設計を支援できます。この紙、実験プロトコル、実験とシミュレーション プログラムのアプリケーションの結果が掲載されています。