شماره ركورد
24063
شماره راهنما
NUC2 219
عنوان
ارزيابي اثر غلاف استيل بر برخي از پارامترهاي ترموهيدروليكي و ترمومكانيكي قلب يك راكتور بومي MWe 300
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي هسته اي- مهندسي راكتور
دانشكده
فيزيك
تاريخ دفاع
1403/08/23
صفحه شمار
123 ص.
استاد راهنما
نويد ايوبيان
كليدواژه فارسي
غلاف استيل , DNBR , Ansys Fluent , Abaqus , پارامترهاي ترموهيدروليكي , پارامترهاي ترمومكانيكي
چكيده فارسي
پس از حادثه هستهاي نيروگاههاي فوكوشيما دايچي در سال 2011، اهميت تضمين ايمني راكتورهاي هستهاي، بويژه سوخت آنها برجستهتر از گذشته شد. يكي از عواملي كه در شدت حادثه فوكوشيما نقش داشت، از بين رفتن غلاف سوخت بود كه منجر به انتشار مواد پرتوزا گرديد. بر اين اساس در سالهاي اخير پژوهشهاي گستردهاي بر روي خواص فيزيكي و مكانيكي غلافهاي جديدي انجام گرديد كه به سوخت مقاوم در برابر حادثه (ATF) مشهور شدهاند.
در اين تحقيق به بررسي اثر تغيير غلاف بر برخي از پارامترهاي ترموهيدروليكي و ترمومكانيكي قلب يك راكتور بومي MWe 300 پرداخته شدهاست. بر اين اساس با استفاده از شبيهسازي در نرمافزار Ansys Fluent، پارامترهاي DNBR و دماي اجزاي سوخت در توان متوسط و Hot Rod براي غلافهاي Zircaloy-4، استيل 347 و استيل 409 و در ضخامتهاي cm 07/0 و cm 04/0 محاسبه گرديدند. در اين تحقيق فرض گرديد كه راكتور در شرايط BOC قرار دارد. در ادامه به كمك شبيهسازي در نرمافزار Abaqus، پارامترهايي از قبيل تنش، كرنش و جابجايي اين غلافها براي Hot Rod محاسبه و ارزيابي شدند.
نتايج ترموهيدروليكي نشان داد كه با تغيير جنس غلاف، تغيير قابل ملاحظهاي در DNBR حاصل نميشود. همچنين مشاهده شد دماي اجزاي ميله سوخت براي توان متوسط و Hot Rod با تغير جنس غلاف از Zircaloy-4 به استيل 347 و استيل 409 در ضخامت cm 07/0 اندكي كاهش مييابد؛ اما اين كاهش قابل ملاحظه نبود (حداكثر oC 25 در مركز سوخت براي Hot Rod با تغيير غلاف از Zircaloy-4 به استيل 347). با كاهش ضخامت غلاف از cm 07/0 به cm 04/0 نيز دماي اجزاي سوخت و سيال خنككننده اندكي كاهش يافتند (حداكثر oC 23 در مركز سوخت براي Hot Rod با غلاف Zircaloy-4). برخلاف نتايج ترموهيدروليكي كه براي غلافهاي درنظر گرفته شده تفاوت قابل ملاحظهاي نداشتند، مشاهده گرديد كه تاثير پارامترهاي ترمومكانيكي بر انتخاب غلاف مناسب، بيشتر است. نتايج ترمومكانيكي نشان داد كه غلاف Zircaloy-4 در هر دو ضخامت استحكام خود را حفظ كرده و از بين نميرود؛ اما غلافهاي استيل 347 و استيل 409 در ضخامت cm 07/0 به شدت از فرم اصلي خود خارج شدند و در ضخامت cm 04/0 هر دو غلاف از بين رفتند.
بر اين اساس نتيجه گرفته ميشود كه استيل 347 و استيل 409 در مقايسه با Zircaloy-4 استحكام بسيار كمتري داشته و تحت فشار و دماي موجود به شدت آسيبپذير هستند. با توجه به مطالعات مشخص شد كه اين دو استيل با وجود اينكه در برابر حرارت و خوردگي مقاومت خوبي دارند، اما در دسته استيلهاي نرم قرار ميگيرند. ميتوان با استفاده از روش نورد سرد ويژگيهاي اين دو استيل را بهبود بخشيد؛ اما احتمال اين وجود دارد كه با گذشت زمان دوباره به ويژگيهاي اصلي خود بازگردند.
كليدواژه لاتين
Steel Cladding , DNBR , Ansys Fluent , Abaqus , Thermohydraulic Parameters , Thermomechanical Parameters
عنوان لاتين
evaluation of the Effect of Steel Cladding on Some of the Thermohydraulic and Thermomechanical Parameters of A 300 MWe Indigenous Reactor Core
گروه آموزشي
مهندسي هستهاي
چكيده لاتين
After the Fukushima Daiichi nuclear accident in 2011, the importance of ensuring the safety of nuclear reactors, especially their fuels, became more prominent than before. One of the factors that contributed to the severity of the Fukushima accident was the destruction of the fuel cladding, which led to the release of radioactive materials. Accordingly, in recent years, extensive research has been conducted on the physical and mechanical properties of new clads, known as Accident Tolerant Fuel (ATF).
In this research, the effect of clad changing on some thermohydraulic and thermomechanical parameters of a typical reactor core (300 MWe) has been investigated. Based on this, using Ansys Fluent software, parameters such as DNBR and fuel, gap, clad and coolant temperatures were calculated, for Zircaloy-4, Steel 347 and Steel 409 clads with thicknesses of 0.07 cm and 0.04 cm, and at the average and maximum power (Hot Rod). The reactor was assumed to be in BOC condition. In the following, with the help of Abaqus software, parameters such as stress, strain and displacement of these clads were calculated for Hot Rod.
The thermohydraulic results showed that there is no significant change in DNBR by changing the type of cladding. It was also observed that the temperature of the fuel is slightly reduced by changing the clad material from Zircaloy-4 to Steel 347 and Steel 409 (thickness of 0.07 cm); but this reduction was not significant. Also, by reducing the thickness of the clad from 0.07 cm to 0.04 cm, the temperature of the fuel and coolant were slightly decreased. The thermomechanical results showed that the Zircaloy-4 clad maintains its strength in both thicknesses and does not fail. However, the Steel 347 and Steel 409 clads with a thickness of 0.07 cm were strongly deviated from the original shape; and were failed by a thickness of 0.04 cm.
Based on this, it can be concluded that Steel 347 and Steel 409 have much lower strength compared to Zircaloy-4, and may be severely damaged. Although these two steels are resistant to heat and corrosion, they are classified as soft steels. It is possible to improve the properties of these two steels by using the cold rolling method, but there is a possibility that they will return to their original characteristics in operational conditions.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
77698
نويسنده