המחקר של הניסוי מפסק הקונכייה וסימולציות עבור כור מחקר

המספר של כורים באמצעות צלחת-סוג דלק, כגון ירדן מחקר, הדרכה הכור (JRTR) ו כור המחקר KiJang (KJRR), גדל לאחרונה. על מנת לחבר את לוחית-סוג הדלק בקלות, כור המחקר דורש זרימה כלפי מטה הליבה. מכיוון כורי מחקר דורשות נטו ראש מערכת הקירור הראשית היניקה חיובית, יכול כמה רכיבי מערכת קירור שייתכן שיותקנו מתחת הכור. עם זאת, אם הקרע צינור מתרחשת במערכת הקירור הראשי מתחת הכור, האפקט הקונכייה גורמת רציפה ניקוז של מערכת קירור אשר עלולה לגרום החשיפה של הכור לאוויר. משמעות הדבר היא כי החום שיורית לא ניתן להסיר, אשר יכול להוביל בתאונת. לכן, במקרה של אובדן של מערכת קירור תאונה (לוקה), מכשיר בטיחות שיכול למנוע תאונה קשה הוא הכרחי. פקק הקונכייה הוא כזה מכשיר בטיחות. זה יכול למנוע ביעילות ניקוז המים באמצעות גלישה של אוויר. המערכת כולה נקראת את הקונכייה שבירת המערכת.

נערכו מספר מחקרים לשיפור הבטיחות בכור מחקר. מקדונלד ומרטן¹ ביצע ניסוי על מנת לאשר את הביצועים של הקונכייה שבירת שסתום כמו מפסק הפעלה באופן פעיל. ניל ו- Stephens² ביצע ניסוי בעזרת פקק הקונכייה כהתקן פסיבי המופעלים בתוך צינור בגודל קטן. סקוראי³ הציע מודל אנליטי כדי לנתח את הקונכייה שבירת שבו הוחלה מודל זרימת אוויר-מים נפרד לחלוטין.

הקונכייה שבירת הוא מורכב מאוד כי יש פרמטרים רבים שצריך לקחת בחשבון. יתר על כן, כי לא בוצעו הניסויים על אמת-מידה מחקר כורים, קשה להחיל מחקרים קודמים על מחקר עכשווי כורים. לכן, מחקרים קודמים לא הציגו מודל תאורטי משביע רצון על סיפון שוברים. מסיבה זו, נערך ניסוי אמת-מידה להקים מודל תאורטי.

כדי לחקור את ההשפעה של מפסק הקונכייה על כור המחקר, אמת-מידה אימות הניסויים בוצעו על ידי אוניברסיטת פוהאנג למדע וטכנולוגיה (POSTECH), מכון המחקר לאנרגיה אטומית קוריאה (KAERI)^{4,5 ,6}. איור 1 הוא המתקן בפועל לניסוי מפסק הקונכייה. איור 2 מציג תרשים סכימטי של המתקן והוא כולל את סימן מתקן.

איור 1. מתקן הקונכייה שבירת ניסוי הדגמה. גודל צינור הראשי הוא 16 ב ו חלון אקריליק מותקן להשגחה. כגדולים הוא מכשיר מוכן לתאר את הירידה בלחץ. לכן, אין תפקיד הרכבה דיזה בתחתית המיכל העליון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

באיור 2. תרשים סכמטי של מתקן ניסיוני. המיקום של נקודות מדידה מוצג. המספרים מציינים את המיקומים הרלוונטיים; הנקודה 0 מסמל את הכניסה של מפסק הקונכייה, נקודה 1 מסמל את מפלס המים, נקודת 2 מסמל את החלק המחובר של מפסק את הקונכייה ואת הצינור הראשי, ונקודת 3 מסמל את לוקה הצב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

מפסק סיפון מתקן ניסיוני מורכב מיכל עליון, טנק נמוך, מערכת צנרת, משאבה ההחזרה. הקיבולת של המיכל העליון הוא 57.6 מ’³. האזור התחתון ואת העומק הם 14.4 m² (4 מ’ x 3.6 מ’) ו- 4 מ’, בהתאמה. המיכל התחתון והמיקום לוקה הן ממוקם 8.3 מ’ מתחת למיכל העליון. הקיבולת של המיכל התחתון הוא 70 מ³. המיכל התחתון משמש לאחסון המים במהלך הניסוי. המיכל התחתון מחובר למשאבה ההחזרה. המים במיכל התחתון נשאבים לתוך המיכל העליון. גודל צינור הראשי של מערכת צנרת הוא 16 ב. הסוף של הקונכייה מפסק קו (ובינונית ליצירת) הינו ממוקם גבוה מעל הצינור התחתון 11.6 מ’ לקרע נקודה. בנוסף, אקריליק windows מותקנים על הצינור עבור ויזואליזציה, כפי שמוצג באיור1.

מספר התקנים הותקנו כדי למדוד את הסימנים הפיזיים. לחץ מוחלט שני מתמרים (מעל כולם) לחץ ההפרש שלושה מתמרים (Dpt) שימשו. כדי למדוד את קצב זרימת מסה של מים, מד זרימת אולטראסוניות היה בשימוש. מערכת רכישת נתונים שימש כדי לקבל כל מדידה נתונים ב- 250 ms במרווחי זמן. בנוסף ציוד המדידה, מצלמות הותקנו להשגחה, שליט היה מחובר על הקיר הפנימי של המיכל העליון כדי לבדוק את מפלס המים.

במגוון גדלים מפסק (SB) לוקה, סיפון, סוגי מפסק סיפון (קו/חור) ואת הנוכחות של דיזה לגבי הכור דלק לבין נקודת שבר צינור נחשבו לניסוי. על מנת לוודא את השפעת גודל לוקה ו ובינונית ליצירת, גדלים שונים של לוקה, ובינונית ליצירת שימשו. גודל לוקה נע בין 6 ל 16 ב וגדלי ובינונית ליצירת נע בין 2 ל- 6 ב. הניסוי, סוג הקו, חור של הקונכייה פורעי שימשו, אך התוכן הבא של המחקר הזה מתייחס רק לסוג ובינונית ליצירת המשמשים את JRTR ואת KJRR. כדוגמה של תוצאות הניסוי, איור 3 הוא גרף הכוללת את הנתונים קצב זרימה לחץ ומים. הניסוי נערך על 4 אוקטובר, 2013, המדגם נתוני הניסוי הוא LN23 (סוג הקו SB, אין נחיר 12 ב לוקה, 2.5 ב ובינונית ליצירת).

מתוך נתוני הניסוי, המודל התיאורטי שבו ניתן לחזות את הקונכייה שבירת תופעה הוקמה. המודל התיאורטי מתחיל משוואת ברנולי. המהירות של הנוזל המתקבל את משוואת ברנולי, ספיקה יכולה להיות מושגת על-ידי הכפלת את המהירות של נוזל באזור צינור. בנוסף, מפלס המים ניתן להשיג באמצעות את ספיקה. התפיסה הבסיסית של המודל התיאורטי הוא כמו לעיל. עם זאת, כיוון הקונכייה שבירת התופעה היא זרימה דו-שלבית, ישנם נקודות נוספות כדי להיחשב. לשקול מודל ניתוח זרימת דו-שלבית, בוצעה בדיקת אימות דיוק. מאז המודל צ’ישולם היה מדויק יותר הומוגנית מודל, דגם צ’ישולם משמש כדי לנתח את התופעה. על פי המודל צ’ישולם, הנוסחה מכפיל דו-שלבית מבוטא כמו משוואה 1⁷. במשוואה הזו ф מייצג את המכפיל שני שלבים, ρ מייצג צפיפות ו- X מייצג איכות.

(1)

p class = “jove_content” > מודל ב צ’ישולם, מקדם B משתנה עם זרימת מסה נכלל. בסופו של דבר, ההטיה של נוסחה קורלציה בין מקדם צ’ישולם B ותנאים עיצוב הכור מהווה נקודת משמעותית של המודל התיאורטי. במילים אחרות, מטרה אחרת של הניסוי היה להשיג נתונים למסד את היחסים בין עיצוב תנאים צ’ישולם מקדם B. מתוצאות הבדיקה, נוסחה קורלציה בין עיצוב תנאים צ’ישולם מקדם B הוקמה. המודל התיאורטי המתקבל פותחה כדי לחזות את הקונכייה שבירת תופעה היטב.

יתר על כן, פותחה תוכנית סימולציה עם ממשק משתמש גרפי (GUI). על-ידי המעבר של נתונים ללחץ מוחלט באיור3, התופעה ניתן לחלק לשלושה שלבים: איבוד נוזל קירור (חד-פאזי flow) הקונכייה השבירה (flow שני שלבים), מצב יציב. לפיכך, תהליך החישוב הראשי של האלגוריתם כולל תהליך שלושה שלבים המייצגים שלושת השלבים של התופעה אמיתי. כולל תהליך החישוב, האלגוריתם כולו כדי לתאר את תהליך הסימולציה מוצג באיור 4⁸.

שימוש בתוכנה (ראה משלימה Video 1) כדי להתחיל את ההדמיה, המשתמש מזין לפרמטרי הקלט המתאים לתנאים עיצוב ו לפרמטרי הקלט מאוחסנים כערכי קבוע. אם המשתמש ממשיך עם הסימולציה לאחר הזנת את הפרמטרים, התוכנית מבצעת את החישוב בשלב הראשון. הצעד הראשון הוא חד-פאזי, אשר הוא החישוב עבור אובדן מערכת קירור בגלל ההשפעה הקונכייה לאחר קרע הצינור. המשתנים מחושבים באופן אוטומטי לפי מודל תיאורטי (כמו משוואת ברנולי, שימור זרימת מסה, וכו ‘), וממשיך החישוב של הקלט פרמטרים על-ידי המשתמש. תוצאות החישובים מאוחסנים ברצף זיכרון המחשב על פי יחידת הזמן שנקבע על-ידי המשתמש.

אם הטיפות מפלס המים להלן מיקום 0, זה אומר כי הזרם חד-פאזי מסתיימת, כי האוויר מתחיל למהר ובינונית ליצירת ברגע זה. לכן, הצעד הראשון לזרימה חד-פאזי ממשיך עד מפלס המים מגיע המיקום 0. כאשר מפלס המים במיקום 0, פירוש הדבר הוא הגובה undershooting הוא אפס. גובה undershooting הוא ההבדל הגובה בין הכניסה של ובינונית ליצירת מפלס המים המיכל העליון לאחר הקונכייה השבירה. במילים אחרות, undershooting גובה מציין כמה מפלס המים ירד במהלך הקונכייה שוברים. לכן, גובה undershooting הוא פרמטר חשוב, משום שזה יאפשר הקביעה ישיר כמות איבוד נוזל קירור. כתוצאה מכך, התוכנית קובעת בסוף החישוב הראשונה-צעד לפי גובה undershooting.

אם הגובה undershooting הוא גדול מאפס, התוכנית מבצעת חישוב בשלב השני אשר ניתן לדמות זרימה דו-שלבית. כיוון זרימת מים ואוויר נמצאים סיפון שבירת שלב, יש לקחת בחשבון את המאפיינים הפיזיים של שני נוזלים. לכן, הערכים של המכפיל שני שלבים, איכות שבר void נחשבים בשלב זה החישוב. . במיוחד, הערך הריק שבר משמש סיום קריטריון החישוב בשלב השני. השבר void ניתן לבטא את היחס של זרימת האוויר לסכום של אוויר, מים זורמים. בחישוב שלב השני ממשיך עד הערך הריק שבר (α) 0.9. כאשר α מעל 0.9, בחישוב שלב השלישי ממשיך המתאר את מצב יציב. באופן תיאורטי, קריטריון הסיום הקונכייה שבירת הוא α = 1 מאחר אויר רק קיים בצינור בשלב זה. עם זאת, תוכנית זו הקריטריונים קצה הקונכייה שבירת הוא α = 0.9 כדי למנוע שגיאות בתהליך החישוב. לכן, אובדן חלקי של תוצאות בלתי נמנע, אבל שגיאה זו יכול להיות זניח.

מצב יציב החישוב ממשיך במהלך פרק הזמן שנקבע על-ידי המשתמש. כי יש עוד שינוי, מצב יציב מאופיין בכך שהערכים תוצאת חישוב הם תמיד קבוע. אם אנחנו זקוקים רק לסיסמא שבירת מוצלחת, לרמה הסופית של המים למיכל העליון יישאר על ערך מסוים, לא אפס. עם זאת, אם שבירת הקונכייה אינה מבוצעת בהצלחה, הקירור יאבדו כמעט ולא מתקרב לרמה הסופית של המים ערך אפס. לכן, אם הערך מפלס המים שווה אפס במצב יציב, הוא מציין כי התנאים עיצוב נתונה אינן מספיקות להשלים את הקונכייה השבירה.

לאחר החישוב, המשתמש יכול לאשר את תוצאות בדרכים שונות. התוצאות מציגות את המצב של הקונכייה שבירת, סיפון שבירת התקדמות, הסינגולריות. התוכנית סימולציה ניתן לחזות, לנתח את התופעה באופן מעשי, לסייע בעיצוב של המערכת מפסק הקונכייה. זה נייר, פרוטוקול הניסוי, תוצאות של ניסוי, וכן ביישום התכנית סימולציה מוצגים.