Studium der Siphon Breaker Experiment und Simulation für einen Forschungsreaktor

Die Anzahl der Reaktoren mit Plattentyp Brennstoff, wie Jordan Forschungs- und Training Reaktor (JRTR) und KiJang Forschung Reaktor (KJRR) hat vor kurzem erhöht. Um den Plattentyp Kraftstoff leicht zu verbinden, erfordert der Forschungsreaktor ein Kern absinken. Da Forschungsreaktoren net positiven Saugkopf des primären Kühlsystems benötigen, konnte einige Kühlung System-Komponenten möglicherweise unter dem Reaktor installiert werden. Allerdings tritt Rohr Bruch im primären Kühlkreislauf unter dem Reaktor, bewirkt der Siphon kontinuierliche Entwässerung des Kühlmittels, die in der Ausstellung des Reaktors in die Luft führen können. Dies bedeutet, dass die Restwärme entfernt werden kann, was zu schweren Unfällen führen könnte. Daher ist eine Sicherheitseinrichtung, die einen schweren Unfall verhindern kann bei einem Verlust des Kühlmittels Unfall (LOCA) notwendig. Ein Siphon-Breaker ist solch eine Sicherheitseinrichtung. Es kann effektiv Ableitung von Wasser verhindern, mit einem Wassereinbruch Luft. Das gesamte System nennt man den Siphon System kaputt.

Mehrere Studien zur Verbesserung der Reaktorsicherheit Forschung wurden durchgeführt. McDonald und Marder¹ durchgeführt, ein Experiment um die Leistung von einem Siphon brechen Ventil als ein aktiv Breaker bestätigen. Neill und Stephens² durchgeführt, ein Experiment mit einem Siphon-Schutzschalter als passiv betriebenen Gerät in einem kleinen Rohr. Sakurai³ vorgeschlagen ein analytisches Modell zur Analyse des Siphons brechen, wo eine vollständig getrennte Luft-Wasser-Flow-Modell angewandt wurde.

Siphon zu brechen ist äußerst komplex, da gibt es viele Parameter, die berücksichtigt werden müssen. Außerdem, weil die Experimente für Real-Skala Forschungsreaktoren nicht durchgeführt worden sind, ist es schwierig, frühere Studien für zeitgenössische Forschungsreaktoren gelten. Frühere Studien haben daher nicht zufriedenstellendes theoretischen Modell für Siphon brechen vorgestellt. Aus diesem Grund wurde eine Real-Skala-Experiment durchgeführt, um ein theoretisches Modell zu etablieren.

Um die Wirkung der Siphon Leistungsschalter auf einen Forschungsreaktor zu untersuchen, wurden von Pohang Universität der Wissenschaft und Technologie (POSTECH) und Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 Real angelegte Überprüfung Experimente durchgeführt. ,6}. Abbildung 1 ist die eigentliche Anlage für den Siphon-Breaker-Experiment. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung der Anlage und freuen Sie sich auf die Anlage-Marke.

Abbildung 1: Anlage für den Siphon brechen Demo-Experiment. Die Hauptleitung Größe ist 16 Zoll und eine Acryl-Fenster zur Beobachtung installiert ist. Die Öffnung ist ein Gerät bereit, den Druckabfall zu beschreiben. Daher ist ein Montageteil Öffnung an der Unterseite des oberen Tanks. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Versuchsanlage. Die Lage der Messpunkte wird vorgestellt. Die Zahlen geben diese relevanten Standorten; Punkt, 0 bedeutet den Eingang der Siphon Leistungsschalter, Punkt 1 der Wasserstand bedeutet, Punkt 2 den angeschlossenen Teil den Siphon-Schutzschalter und die Hauptleitung bedeutet und Punkt 3 der LOCA bedeutet positionieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Siphon-Breaker-Versuchsanlage besteht aus einem oberen Tank, ein unterer Tank, ein Rohrleitungssystem und eine Rückförderpumpe. Die Kapazität des oberen Tanks ist 57,6 m³. Im unteren Bereich und die Tiefe sind 14,4 m² (4 m x 3,6 m) und 4 m. Die unteren Tank und LOCA Position befinden sich 8,3 m unterhalb der oberen Tank. Die Kapazität des unteren Behälters beträgt 70 m³. Untere Tank wird verwendet, um das Wasser während des Experiments zu speichern. Untere Tank ist die Rückförderpumpe verbunden. Das Wasser in den unteren Tank wird in den oberen Behälter gepumpt. Die Hauptleitung Größe des Rohrsystems ist in 16. Das Ende der Siphon Breaker Line (SBL) befindet sich 11,6 m hoch über das untere Rohr Bruch Punkt. Darüber hinaus sind Acryl Windows auf das Rohr für die Visualisierung, installiert, wie in Abbildung 1dargestellt.

Mehrere Geräte wurden installiert, um die körperlichen Signale zu messen. Zwei absolute Druckaufnehmer (APTs) und drei Differenzdruck-Sensoren (Standardrichtlinientags) dienten. Um den Massenstrom von Wasser zu messen, wurde ein Ultraschall Durchflussmesser verwendet. Ein Datenerfassungssystem wurde verwendet, um alle Messdaten bei 250 ms Zeitintervalle erhalten. Neben der Ausrüstung für die Messung zur Beobachtung wurden Kameras installiert und ein Lineal hing an der Innenwand des oberen Tanks, um den Wasserstand überprüfen.

Verschiedenen LOCA und Siphon Breaker (SB) Größen, Siphon Schaltgerätetypen (Linie/Loch) und das Vorhandensein der Öffnung bezüglich Brennstoff und dem Rohr Bruch Punkt galten im Experiment. Um zu überprüfen, die Wirkung von LOCA und SBL Größe, verschiedene Größen von LOCA und SBL dienten. Die LOCA Größen reichte von 6 bis 16 und die SBL-Größen reichten von 2 bis 6 in. Im Experiment Linien- und Loch Typ Siphon Hämmer wurden verwendet, aber der folgende Inhalt dieser Studie berücksichtigt nur die SBL-Typ in der JRTR und KJRR verwendet. Als Beispiel von Versuchsergebnissen ist Abbildung 3 ein Diagramm, das die Druck und Wasser fließen Daten enthält. Das Experiment wurde durchgeführt am 4. Oktober 2013 und die experimentellen Daten Probe ist LN23 (Line Typ SB, keine Öffnung 12 in LOCA, 2,5 im SBL).

Aus den Versuchsdaten entstand das theoretische Modell, das den Siphon brechen Phänomen vorhersagen kann. Das theoretische Modell beginnt mit der Bernoulli-Gleichung. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ergibt sich aus der Bernoulli-Gleichung und der Volumenstrom durch die Multiplikation der Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Rohr-Bereich erzielt werden. Darüber hinaus kann der Wasserstand mit der Volumenstrom erhalten werden. Das Grundkonzept des theoretischen Modells ist als oben. Jedoch da der Siphon Phänomen zu brechen eine Zweiphasenströmung ist, gibt es weitere Punkte zu beachten. Um eine Zweiphasenströmung Analysemodell zu berücksichtigen, wurde eine Genauigkeit Überprüfungstest durchgeführt. Da das Chisholm Modell genauer als ein homogenes Modell war, wird das Chisholm-Modell verwendet, um das Phänomen zu analysieren. Nach dem Chisholm-Modell wird die zwei-Phasen-Multiplikator Formel Gleichung 1⁷ausgedrückt. In dieser Gleichung ф stellt des Zweiphasen-Multiplikators, ρ ist Dichte und X steht für Qualität.

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p Class = “Jove_content” > In the Chisholm Modell, ein Koeffizient B, die mit Massenstrom variiert wurde aufgenommen. Letztlich ist die Ableitung einer Korrelation Formel zwischen Chisholm Koeffizient B Geschäftsbedingungen Reaktor Design ein wichtiger Punkt des theoretischen Modells. Das heißt, war ein weiterer Zweck des Versuchs zum Abrufen von Daten um die Beziehung zwischen den konstruktiven Gegebenheiten und Chisholm Koeffizient B. Aus den Testergebnissen wurde eine Korrelation Formel zwischen den konstruktiven Gegebenheiten und Chisholm Koeffizient B gegründet. Das daraus resultierende theoretische Modell wurde entwickelt, um den Siphon brechen Phänomen gut vorherzusagen.

Darüber hinaus wurde ein Simulationsprogramm mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) entwickelt. Durch den Übergang der Absolutdruck Daten in Abbildung 3, das Phänomen kann in drei Stadien unterteilt werden: den Verlust von Kühlmittel (einphasige Strömung), Siphon brechen (Zweiphasenströmung) und Steady-State. Daher umfasst die Hauptberechnung des Algorithmus einen dreistufigen Prozess, die drei Stufen der reale Erscheinung entspricht. Einschließlich der Ablauf der Berechnung ist der gesamte Algorithmus zu beschreiben, der Simulationsprozess in Abbildung 4⁸dargestellt.

Mit der Software (siehe ergänzende Video 1) um die Simulation zu starten, der Benutzer gibt die Eingabeparameter, die konstruktiven Gegebenheiten entspricht und die input-Parameter werden als Festwerte gespeichert. Wenn der Benutzer mit der Simulation nach der Eingabe der Parameter erfolgt, führt das Programm die erste Schritt-Berechnung. Der erste Schritt ist die einphasigen Berechnung, die die Berechnung für den Verlust von Kühlmittel durch den Siphon-Effekt nach dem Rohr Bruch ist. Die Variablen werden automatisch berechnet, indem das theoretische Modell (wie Bernoulli Gleichung, Massenstrom Erhaltung, etc.), und die Berechnung erfolgt aus der Parameter-Eingabe durch den Benutzer. Die Berechnungsergebnisse werden nacheinander im Speicher Computers nach Zeiteinheit bestimmt durch den Benutzer gespeichert.

Wenn der Wasserstand Tropfen unten 0-Stellung, bedeutet dies, dass die einphasige Strömung endet, weil Luft beginnt, in diesem Moment in der SBL stürzen. Daher verläuft der erste Schritt für die einzelnen Phasen-Strömung, bis der Wasserstand Stellung 0 erreicht. Wenn der Wasserstand an Position 0 ist, bedeutet dies, dass die undershooting Höhe Null ist. Die undershooting Höhe ist der Höhenunterschied zwischen dem Eingang der SBL und den oberen Tank Wasserstand nach dem Siphon brechen. Das heißt, zeigt Inflationsbericht Höhe wieviel der Wasserstand in den Siphon brechen abgenommen. Daher ist die undershooting Höhe ein wichtiger Parameter, weil es die direkte Bestimmung der Menge der Kühlmittelverlust erlauben würde. Daher bestimmt das Programm am Ende der ersten Schritt Berechnung nach der undershooting Höhe.

Wenn die undershooting Höhe größer als Null ist, führt das Programm eine zweite Schritt Berechnung, die Zweiphasenströmung simulieren kann. Weil Wasser und den Luftstrom in den Siphon brechen Bühne vorhanden sind, müssen die physikalischen Eigenschaften der beiden Flüssigkeiten berücksichtigt werden. Daher gelten die Werte der zwei-Phasen-Multiplikator, Qualität und nichtig Bruchteil dieser Berechnungsschritt. Speziell, wird der leere Bruchteil Wert verwendet, als Kriterium der zweite Schritt Berechnung endet. Die leere Bruchteil kann als das Verhältnis der Luftmenge, die Summe von Luft und Wasser fließt ausgedrückt werden. Der zweite Schritt-Berechnung wird fortgesetzt, bis die leere Bruchteil (α) Wert über 0,9 liegt. Wenn α über 0,9 ist, geht die dritte Schritt-Berechnung die Steady-State beschreibt. Theoretisch ist die Ende Kriterium für Siphon brechen α = 1, da nur Luft in der Leitung zu diesem Zeitpunkt existiert. In diesem Programm ist jedoch die Ende Kriterien für Siphon brechen α = 0,9 um einen Fehler in der Berechnungsprozess zu vermeiden. Daher kann ein teilweiser Verlust der Ergebnisse ist unvermeidlich, dieser Fehler jedoch vernachlässigbar.

Steady-State-Berechnung erfolgt in der Zeit vom Benutzer festgelegt. Weil es keine weitere Veränderung, zeichnet die Steady-State, dass die Berechnung-Ergebnis-Werte immer konstant sind. Wenn Siphon brechen erfolgreich ist, bleibt die endgültige Höhe des Wassers in den oberen Behälter auf einen bestimmten Wert nicht Null. Jedoch wenn das Siphon brechen nicht erfolgreich ausgeführt wird, das Kühlmittel werden fast verloren, und die letzte Stufe des Wassers nähert sich Null Wert. Daher, wenn der Wasserstand-Wert gleich Null im Steady-State ist, bedeutet dies, dass die gegebenen Bedingungen nicht ausreichend Siphon brechen abgeschlossen sind.

Nach der Berechnung kann der Benutzer die Ergebnisse auf verschiedene Weise bestätigen. Die Ergebnisse zeigen den Status der Siphon brechen, brechen, Fortschritt und Singularität Siphon. Das Simulationsprogramm kann vorhersagen und realistisch, das Phänomen zu analysieren und helfen bei der Gestaltung des Systems der Siphon-Breaker. Dabei präsentieren wir Papier, das Experiment Protokoll, Ergebnisse des Experiments und Anwendung des Simulationsprogramms.