دراسة تجربة الكسارة السيفون ومحاكاة لمفاعل للأبحاث

عدد المفاعلات باستخدام لوحة من نوع الوقود، مثل الأردن للبحث والتدريب المفاعل (جرتر) ومفاعل الأبحاث الجنود (كير)، وقد ازدادت في الآونة الأخيرة. من أجل توصيل الوقود من نوع اللوحة بسهولة، يتطلب مفاعل الأبحاث الذي تدفق نزولي أساسية. منذ مفاعلات البحوث تتطلب صافي رأس شفط إيجابية من نظام التبريد الرئيسي، يمكن تثبيت بعض مكونات نظام التبريد يحتمل أن تكون أسفل المفاعل. بيد في حالة حدوث تمزق الأنابيب في نظام التبريد الرئيسي أسفل المفاعل، يسبب تأثير سيفون التصريف المستمر لسائل التبريد يمكن أن تؤدي إلى تعرض المفاعل للهواء. وهذا يعني أن الحرارة المتبقية لا يمكن إزالتها، يمكن أن تؤدي إلى حادث خطير. ولذلك، في حالة فقدان المبرد الحادث (المحلي)، جهاز سلامة التي يمكن أن تمنع وقوع حادث خطير ضروري. الكسارة سيفون جهاز سلامة. فعالية منع تصريف المياه باستخدام إينروش الجو. ويسمى النظام بأكمله السيفون كسر النظام.

وأجريت عدة دراسات لتحسين سلامة المفاعلات البحثية. ماكدونالد ومارتن¹ نفذت تجربة بغية التأكد من أداء السيفون كسر صمام الكسارة تعمل بنشاط. نيل وستيفنس² إجراء تجربة استخدام الكسارة سيفون كجهاز تعمل بشكل سلبي في أنابيب صغيرة الحجم. واقترح ساكوراي³ نموذج تحليلي لتحليل السيفون كسر حيث تم تطبيق نموذج تدفق هواء والماء منفصلة تماما.

السيفون كسر معقدة للغاية لأن هناك الكثير من العوامل التي يتعين النظر فيها. وعلاوة على ذلك، لأنه قد لم يتم إجراء تجارب لمفاعلات البحوث الحجم الحقيقي، من الصعب تطبيق الدراسات السابقة لمفاعلات البحوث المعاصرة. ولذلك، لم تقدم الدراسات السابقة نموذج نظرية مرضية لكسر السيفون. ولهذا السبب، أجريت تجربة الحجم الحقيقي لوضع نموذج نظري.

للتحقيق في تأثير الكسارة السيفون على مفاعل لأبحاث، أجريت تجارب التحقق الحجم الحقيقي “جامعة بوهانج للعلوم” والتكنولوجيا (POSTECH) ومعهد بحوث الطاقة الذرية كوريا (أجروا)^{4،5 ،6}. ويمثل الشكل 1 مرفق الفعلية للتجربة الكسارة السيفون. ويبين الشكل 2 الرسم تخطيطي المرفق ويتضمن علامة مرفق.

رقم 1. مرفق للسيفون كسر التجربة المظاهرة. حجم الأنبوب الرئيسي 16 في ويتم تثبيت نافذة بأكريليك للمراقبة. الفوهة جهاز أعد لوصف انخفاض الضغط. ولذلك، هناك جزء الجمعية فوهة في الجزء السفلي من الخزان العلوي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

رقم 2. الرسم التخطيطي لمرفق تجريبي- ويقدم موقع نقاط القياس. وتشير الأرقام إلى هذه المواقع ذات الصلة؛ قم بوضع نقطة 0 يعني مدخل الكسارة السيفون، النقطة 1 تعني أن مستوى المياه والنقطة 2 يدل على جزء متصل من قواطع السيفون والأنابيب الرئيسية والنقطة 3 يدل المحلي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

مرفق تجريبي السيفون الكسارة يتكون من دبابة العلوي، وخزان أقل، نظام أنابيب، ومضخة لعودة. قدرة الخزان العلوي هو 57.6 م³. منطقة القاع والعمق هي 14.4 م² (4 م x 3.6 م) وم 4، على التوالي. أقل من الدبابات والموقف المحلي م 8.3 يقع أسفل الخزان العلوي. قدرة خزان أقل من 70 م³. يتم استخدام الخزان السفلي لتخزين المياه أثناء التجربة. الخزان السفلي متصل بالمضخة العودة. يتم ضخ المياه في الخزان السفلي في الخزان العلوي. حجم الأنبوب الرئيسي لنظام الأنابيب هو 16 في. النهاية لخط الكسارة السيفون (SBL) هو m 11.6 يقع أعلى الأنابيب أقل تمزق نقطة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تثبيت windows اﻷكريليك على الأنابيب للتصور، كما هو مبين في الشكل 1.

تم تركيب عدة أجهزة لقياس الإشارات الجسدية. واستخدمت اثنين من محولات طاقة الضغط المطلق (ابتس) وثلاثة محولات الضغط التفاضلي (دبتس). واستخدمت لقياس معدل تدفق كتلة الماء، مقياس تدفق الموجات فوق الصوتية. واستخدمت نظام الحصول على بيانات للحصول على كافة بيانات القياس في 250 ms الفواصل الزمنية. بالإضافة إلى معدات القياس، تم تركيب كاميرات للمراقبة ومسطرة كان يعلق على الجدار الداخلي للخزان العلوي للتحقق من مستوى المياه.

واعتبرت مختلف الأحجام الكسارة (SB) المحلي والسيفون وأنواع قواطع السيفون (خط/هول) ووجود الفوهة فيما يتعلق بوقود المفاعل ونقطة تمزق الأنبوب في التجربة. وبغية التحقق من تأثير الحجم المحلي و SBL، أحجام مختلفة من المحلي و SBL واستخدمت. تراوحت بين 6 في 16 في وأحجام SBL تتراوح بين 2 في 6 في أحجام المحلي. في هذه التجربة، واستخدمت نوع الخط وثقب من قواطع السيفون، ولكن المحتوى التالي من هذه الدراسة إلا يعتبر نوع SBL المستخدمة في جرتر وكجرر. كمثال للنتائج التجريبية، الرقم 3 هو رسم بياني يحتوي على البيانات معدل تدفق المياه والضغط. وأجريت التجربة في 4 أكتوبر 2013 وهو نموذج البيانات التجريبية LN23 (نوع الخط SB، لا الفوهة، 12 في المحلي، 2.5 في SBL).

من بيانات التجربة، تم إنشاء النموذج النظري الذي يمكن التنبؤ بسيفون كسر هذه الظاهرة. ويبدأ النموذج النظري معادلة بيرنولي. يتم الحصول على سرعة السائل من معادلة بيرنولي ويمكن الحصول على معدل التدفق الحجمي بضرب سرعة السائل بمنطقة الأنابيب. وبالإضافة إلى ذلك، أن مستوى المياه يمكن الحصول عليها باستخدام معدل التدفق الحجمي. المفهوم الأساسي للنموذج النظري الذي وصفه أعلاه. ومع ذلك، منذ السيفون كسر هذه الظاهرة تدفق مرحلتين، هناك نقاط إضافية النظر. بالنظر في نموذج تحليل تدفق مرحلتين، تم إنجازها اختبار تحقق من دقتها. نظراً لأن نموذج تشيشولم أكثر دقة من طراز متجانسة، يتم استخدام نموذج تشيشولم لتحليل هذه الظاهرة. وفقا لنموذج تشيشولم، هو التعبير عن صيغة المضاعف مرحلتين معادلة 1⁷. في هذه المعادلة، ф يمثل مضاعف مرحلتين، يمثل ρ الكثافة، ويمثل X الجودة.

(1)

الفئة p = “jove_content” > النموذجي “في تشيشولم”، أدرج معامل ب أن يختلف مع التدفق الجماعي. وفي نهاية المطاف، اشتقاق صيغة العلاقة بين معامل تشيشولم ب وشروط تصميم مفاعل نقطة هامة لأن النموذج النظري. وبعبارة أخرى، كان الهدف الآخر من هذه التجربة للحصول على بيانات لتحديد العلاقة بين شروط التصميم ومعامل تشيشولم باء من نتائج الاختبار، تم إنشاء صيغة علاقة بين شروط التصميم ومعامل تشيشولم ب. تم تطوير النموذج النظري الناتج للتنبؤ السيفون كسر هذه الظاهرة جيدا.

وعلاوة على ذلك، تم تطوير برنامج محاكاة مع واجهة المستخدم الرسومية (GUI). بانتقال بيانات الضغط المطلق في الشكل 3، هذه الظاهرة يمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل: فقدان المبرد (تدفق على مرحلة واحدة)، وكسر السيفون (تدفق مرحلتين)، وحالة مستقرة. ولذلك، عملية الحساب الرئيسي خوارزمية يتضمن ثلاث خطوات عملية المقابلة للمراحل الثلاث لظاهرة حقيقية. بما في ذلك عملية الحساب، يبين الشكل 4⁸الخوارزمية كامل لوصف عملية المحاكاة.

باستخدام البرمجيات (انظر تكميلية الفيديو 1) للبدء في عملية المحاكاة، يقوم المستخدم بإدخال معلمات الإدخال المطابق لشروط التصميم ومعلمات الإدخال يتم تخزينها كقيم ثابتة. إذا كان المستخدم العائدات مع المحاكاة بعد إدخال المعلمات، يقوم البرنامج حساب الخطوة الأولى. تتمثل الخطوة الأولى العملية الحسابية على مرحلة واحدة، وهو حساب للخسارة من المبرد بسبب تأثير السيفون بعد تمزق الأنبوب. المتغيرات التي يتم حسابها تلقائياً بالنموذج النظري (كما هو الحال في معادلة بيرنولي في، والحفاظ على تدفق جماعي، إلخ)، والحساب العائدات من معلمات الإدخال من المستخدم. نتائج الحساب تسلسلياً مخزنة في ذاكرة الكمبيوتر حسب الوحدة الزمنية المعين من قبل المستخدم.

إذا ضع قطرات الماء مستوى أدناه 0، فهذا يعني أن ينتهي تدفق على مرحلة واحدة، لأنه يبدأ الهواء الاندفاع إلى SBL في هذه اللحظة. ولذلك، الخطوة الأولى لمرحلة واحدة تدفق العائدات حتى يصل مستوى الماء إلى موضع 0. عندما يكون مستوى الماء في الموضع 0، وهذا يعني أن ارتفاع أونديرشوتينج هو صفر. ارتفاع أونديرشوتينج هو ارتفاع الفرق بين مدخل SBL وأن مستوى المياه في خزان العلوي بعد كسر السيفون. وبعبارة أخرى، السبب الارتفاع يشير إلى مدى منسوب المياه قد انخفض خلال سيفون كسر. ولذلك، ارتفاع أونديرشوتينج معياراً هاما، نظراً لأنها ستسمح لتحديد كمية فقدان المبرد مباشرة. ونتيجة لذلك، أن البرنامج يحدد نهاية حساب الخطوة الأولى وفقا لارتفاع أونديرشوتينج.

إذا كان ارتفاع أونديرشوتينج أكبر من الصفر، يقوم البرنامج حساب خطوة ثانية التي يمكن محاكاة تدفق مرحلتين. نظراً لتدفق المياه والهواء في السيفون كسر المرحلة، يجب النظر في الخصائص الفيزيائية للسوائل على حد سواء. ولذلك، تعتبر قيم المضاعف مرحلتين، ونوعية، والكسر باطلة في هذه الخطوة العملية الحسابية. خاصة، كقيمة الكسر باطلة المنتهي في معيار لحساب الخطوة الثانية. ويمكن التعبير عن الكسر باطلة كنسبة تدفق الهواء إلى مبلغ الهواء ومجاري المياه. عائدات حساب الخطوة الثانية حتى تنتهي 0.9 قيمة الكسر باطلة (α). وعند 0.9 α، عائدات حساب الخطوة الثالثة التي تصف حالة ثابتة. نظرياً، هو معيار السيفون كسر النهاية α = 1 حيث يوجد فقط من الهواء في الأنابيب في هذا الوقت. ومع ذلك، في هذا البرنامج، ومعايير نهاية السيفون كسر هو α = 0.9 لتجنب أي خطأ في عملية الحساب. ولذلك، فقدان جزئي للنتائج أمر لا مفر منه، ولكن يمكن أن يكون هذا الخطأ لا يعتد بها.

حالة ثابتة حساب العائدات خلال فترة يحددها المستخدم. لأنه لا يوجد أي تغيير، تتميز الدولة ثابت في ذلك القيم نتيجة الحساب دائماً ثابتة. إذا السيفون كسر بنجاح، ستبقى المستوى النهائي للمياه في الخزان العلوي في قيمة معينة غير الصفر. ومع ذلك، إذا لم يتم كسر السيفون بنجاح، المبرد ستفقد تقريبا، والمستوى النهائي للمياه نهج القيمة صفر. ولذلك، إذا كانت قيمة مستوى المياه يساوي صفر في حالة مستقرة، تشير إلى أن شروط تصميم معين ولا تكفي لاستكمال كسر السيفون.

بعد الحساب، المستخدم يمكن تأكيد النتائج بطرق مختلفة. وتظهر النتائج الحالة للسيفون كسر، السيفون كسر التقدم والتفرد. يمكن لبرنامج المحاكاة التنبؤ وتحليل الظاهرة واقعية والمساعدة في تصميم نظام قواطع السيفون. وترد في هذا الورق، وبروتوكول التجربة، نتائج التجربة، وتطبيق برنامج المحاكاة.