Studie van Siphon Breaker Experiment en simulatie voor een onderzoeksreactor

Het aantal reactoren met behulp van plaat-type brandstof, zoals de Jordan onderzoek en opleiding Reactor (JRTR) en KiJang onderzoek Reactor (KJRR), heeft onlangs toegenomen. Om gemakkelijk verbinding maken met de plaat-type brandstof, vereist de onderzoeksreactor een neerwaartse stroom van core. Aangezien onderzoeksreactoren netto positieve zuig hoofd van het primaire koelsysteem vereisen, kunnen sommige koeling systeemcomponenten potentieel onder de reactor worden geïnstalleerd. Als pijp breuk in de primaire koelsysteem onder de reactor optreedt, veroorzaakt het sifon effect echter continue afvoer van koudemiddel die leiden de blootstelling van de reactor aan de lucht tot kan. Dit betekent dat de restwarmte kan niet worden verwijderd, kan leiden tot een ernstig ongeval. Daarom is een veiligheidsvoorziening die voorkomen een ernstig ongeval dat kan in geval van een verlies van koelvloeistof ongeval (LOCA), noodzakelijk. Een sifon-breker is zulk een veiligheidsapparaat. Het kan effectief waterafvoer voorkomen met behulp van een inrush van lucht. Het hele systeem heet de sifon breken systeem.

Verschillende studies voor de verbetering van de veiligheid van de reactoren van onderzoek zijn uitgevoerd. McDonald en Marten¹ verricht een experiment om te bevestigen de prestaties van een sifon klep als een actief-operationele breaker breken. Neill en Stephens² voerde een experiment met behulp van een hevel breker als een passief te bedienen apparaat in een kleine pijp. Sakurai³ voorgesteld een analytische model voor het analyseren van de sifon breken waar een volledig aparte lucht-water flow model werd toegepast.

Sifon breken is uiterst complex omdat er veel parameters die moeten worden overwogen. Bovendien, omdat de experimenten voor echte-schaal onderzoeksreactoren niet zijn uitgevoerd, is het moeilijk toe te passen van eerdere studies op hedendaagse onderzoeksreactoren. Eerdere studies hebben daarom niet ingediend voor een bevredigende theoretisch model voor siphon breken. Om deze reden werd een onroerend-schaal experiment uitgevoerd om vast te stellen van een theoretisch model.

Om te onderzoeken van het effect van de sifon breker op een onderzoeksreactor, werden onroerend-schaal verificatie experimenten uitgevoerd door Pohang Universiteit voor wetenschap en technologie (POSTECH) en Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 ,6}. Figuur 1 is de werkelijke faciliteit voor het sifon breaker experiment. Figuur 2 toont een schematisch diagram van de faciliteit en de faciliteit mark bevat.

Figuur 1. Faciliteit voor het breken van de demonstratie experiment siphon. De belangrijkste pijp grootte is 16 in en een acryl venster voor observatie is geïnstalleerd. De opening is een apparaat voorbereid om te beschrijven de drukval. Daarom is er een opening vergadering deel aan de onderkant van de bovenste tank. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2. Schematisch diagram van de experimentele faciliteit. De locatie van meetpunten wordt gepresenteerd. De aantallen wijzen op deze relevante locaties; punt 0 betekent de ingang van de sifon-breker, punt 1 betekent de waterstand, punt 2 betekent het verbonden deel van de breker van de sifon en de belangrijkste pijp en punt 3 betekent de LOCA plaats. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De sifon breaker experimentele faciliteit bestaat uit een bovenste tank, een lagere tank, een leidingsysteem en een terugkeer pomp. De capaciteit van de bovenste tank is 57,6 m³. Het onderste gebied en de diepte zijn 14.4 m² (4 m x 3,6 m) en 4 meter, respectievelijk. De lagere tank en LOCA positie zijn gelegen 8.3 m onder de bovenste tank. De capaciteit van de lagere tank is 70 m³. De lagere tank wordt gebruikt voor het opslaan van het water tijdens het experiment. De lagere tank is verbonden met de terugkeer van de pomp. Het water in de onderste tank is in de bovenste tank gepompt. De belangrijkste pijp grootte van het leidingsysteem is 16 in. Het einde van de sifon Breaker lijn (SBL) is gelegen op 11,6 m hoog boven de onderste pijp scheuren punt. Daarnaast zijn acryl windows geïnstalleerd op de pijp voor visualisatie, zoals afgebeeld in Figuur 1.

Verschillende apparaten zijn geïnstalleerd voor het meten van de fysieke signalen. Twee absolute druk transducers (APTs) en drie drukverschil omvormers (DPTs) werden gebruikt. Voor het meten van de massastroom van de water, werd een ultrasone flowmeter gebruikt. Een data-acquisitiesysteem werd gebruikt om alle meetgegevens bij 250 ms tijdsintervallen. Naast de apparatuur voor de meting, camera’s zijn geïnstalleerd voor observatie en een liniaal was aangesloten op de binnenwand van de bovenste tank om te controleren de waterstand.

Verschillende LOCA en sifon breaker (SB) maten, sifon breaker typen (Line/gat) en de aanwezigheid van opening met betrekking tot reactor brandstof en de pijp breuk punt werden beschouwd in het experiment. Om te verifiëren of het effect van LOCA en SBL grootte, diverse maten van LOCA en SBL werden gebruikt. De maten van de LOCA varieerde van 6 in tot de 16 in en de grootte van de SBL varieerde van 2 in tot en met 6 in. In het experiment, lijn en gat type sifon breakers werden gebruikt, maar de volgende inhoud van deze studie alleen rekening gehouden met het type van de SBL gebruikt in de JRTR en de KJRR. Als een voorbeeld van experimentele resultaten is Figuur 3 een grafiek waarin de druk en water stroom tarief gegevens. Het experiment vond plaats op 4 oktober 2013 en de experimentele gegevens monster is LN23 (lijntype SB, geen opening, 12 in LOCA, 2.5 in SBL).

Uit de experimentgegevens, werd het theoretische model dat kan voorspellen de sifon breken fenomeen opgericht. Het theoretische model begint met de vergelijking van Bernoulli. De snelheid van de vloeistof wordt verkregen uit de vergelijking van Bernoulli en het volumetrisch debiet kan worden verkregen door te vermenigvuldigen met de snelheid van de vloeistof door het gebied van de pijp. Bovendien, kan het water niveau verkregen worden met behulp van het volumetrisch debiet. Het basisconcept van het theoretische model is als hierboven. Echter, aangezien de sifon breken fenomeen een bewerking in twee fasen stroom is, zijn er extra punten te worden beschouwd. Te overwegen van een bewerking in twee fasen flow analyse model, werd een nauwkeurigheid verificatietest uitgevoerd. Aangezien het Chisholm-model nauwkeuriger dan een homogene model was, wordt het Chisholm-model gebruikt voor het analyseren van het fenomeen. Volgens het Chisholm-model, wordt het twee fasen multiplier formule uitgedrukt als vergelijking 1⁷. In deze vergelijking, ф vertegenwoordigt de twee fasen multiplier, ρ dichtheid en X staat voor kwaliteit.

(1)

p class = “jove_content” > In the Chisholm model, een coëfficiënt B die met de massastroom varieert werd opgenomen. Uiteindelijk, de afleiding van de formule van een correlatie tussen Chisholm coëfficiënt B en reactor ontwerp voorwaarden is een belangrijk punt van het theoretische model. Met andere woorden, was een ander doel van het experiment om gegevens vast te stellen het verband tussen de ontwerp-voorwaarden en Chisholm coëfficiënt B. te verkrijgen Uit de testresultaten, werd een formule van de correlatie tussen de ontwerp-voorwaarden en Chisholm coëfficiënt B opgericht. De resulterende theoretisch model werd ontwikkeld om de sifon breken fenomeen goed te voorspellen.

Bovendien, een simulatie-programma met een grafische gebruikersinterface (GUI) is ontwikkeld. Door de overgang van absolute druk gegevens in Figuur 3, het fenomeen kan worden onderverdeeld in drie fasen: het verlies van koelvloeistof (Enkelfasige stroom), sifon breken (twee fasen stroom) en Steady state. Daarom bevat de belangrijkste berekeningsproces van het algoritme een drie-stap proces dat overeenkomt met de drie fasen van de echte fenomeen. Met inbegrip van het berekeningsproces, het gehele algoritme om het simulatie proces te beschrijven is afgebeeld in Figuur 4–⁸.

Met behulp van de software (Zie aanvullende Video 1) om te beginnen de simulatie, die de gebruiker typt de invoerparameters die overeenkomt met de voorwaarden van het ontwerp en de invoerparameters worden opgeslagen als vaste waarden. Als de gebruiker met de simulatie gaat na het invoeren van de parameters, wordt in het programma de eerste stap berekening uitvoert. De eerste stap is de enkelfasige berekening, die de berekening voor het verlies van koelvloeistof te wijten aan de sifon effect na de breuk van de pijp is. De variabelen worden automatisch berekend door het theoretische model (zoals in de vergelijking van Bernoulli, behoud van de massastroom, enz.) en de berekening van de input parameters die door de gebruiker. De resultaten van de berekening worden opeenvolgend opgeslagen in het geheugen van de computer volgens de tijdseenheid die door de gebruiker wordt aangeduid.

Als de waterstand druppels hieronder positie 0, betekent dit dat de enkelfasige stroom eindigt, omdat de lucht begint te haasten naar de SBL op dit moment. Dus, de eerste stap voor één fase stroom opbrengst totdat het water positie 0 bereikt. Wanneer het water niveau bevindt zich op positie 0, betekent dit dat de undershooting hoogte nul is. De undershooting hoogte is het hoogteverschil tussen de ingang van de SBL en het bovenste tank waterniveau na het breken van de sifon. Met andere woorden, undershooting hoogte geeft aan hoeveel het waterpeil daalde tijdens de sifon breken. Daarom is de undershooting hoogte is een belangrijke parameter, omdat hiermee de directe bepaling van de hoeveelheid koelvloeistof verlies. Het programma bepaalt bijgevolg het einde van de eerste-stap berekening volgens de undershooting hoogte.

Als de undershooting hoogte groter dan nul is, voert het programma een tweede stap berekening die twee fasen stroom kan simuleren. Omdat zowel water en luchtstroom in de sifon breken fase aanwezig zijn, moeten de fysieke eigenschappen van beide vloeistoffen worden beschouwd. De waarden van twee fasen vermenigvuldiger, kwaliteit en nietig breuk zijn derhalve in deze stap van de berekening. Speciaal, wordt de leegte breukwaarde gebruikt als criterium voor de tweede stap berekening eindigt. De void breuk kan worden uitgedrukt als de verhouding van de luchtstroom aan de som van de lucht- en waterstromen. De tweede stap berekening tot de nietige breukwaarde (α) 0,9 is. Als α over 0.9 is berekening de derde stap die beschrijft steady-state. Theoretisch, het laatste criterium voor siphon breken is α = 1, aangezien alleen de lucht in de pijp op dit moment bestaat. In dit programma, de criteria van het einde voor siphon breken echter α = 0.9 om te voorkomen dat een fout in het berekeningsproces. Daarom is een gedeeltelijk verlies van de resultaten is onvermijdelijk, maar deze fout kan zijn te verwaarlozen.

Berekening van het steady state gedurende de tijd die is ingesteld door de gebruiker. Omdat er geen verdere verandering, wordt de steady state gekenmerkt dat de berekening resultaat waarden altijd constant zijn. Als sifon breken succesvol is, blijft het uiteindelijke niveau van het water in de bovenste tank op een specifieke waarde, niet nul. Echter als het breken van de sifon niet met succes is uitgevoerd, de koelvloeistof bijna verloren zullen gaan, en het uiteindelijke niveau van het water benadert de waarde nul. Daarom, als de waterstand waarde gelijk is aan nul in stabiele toestand, het geeft aan dat de voorwaarden van bepaalde ontwerp niet voldoende om te voltooien sifon breken.

Na de berekening, kan de gebruiker de resultaten op verschillende manieren bevestigen. De resultaten tonen de status van de sifon breken, sifon breken van vooruitgang, en de singulariteitstheorie. De simulatie programma kunt voorspellen en analyseren van het fenomeen realistisch en hulp in het ontwerp van het systeem van de breker sifon. In dit worden papier, het protocol van het experiment, resultaten van het experiment, en de toepassing van de simulatie-programma gepresenteerd.