24369

NUC2 221

كارشناسي ارشد

مهندسي هسته اي- مهندسي راكتور

فيزيك

1403/10/24

91 ص.

محمدحسين استكي

راكتور مينياتوري چشمه نوتروني , ديناميك سيالات محاسباتي , ترموهيدروليك هسته اي , نشت خنك كننده

راكتور مينياتوري چشمه نوتروني اصفهان، يك راكتور تحقيقاتي، حرارتي و ذاتاً ايمن است. اين راكتور كم قدرت و از نوع تانك-استخري است. اين راكتور داراي سوخت با غناي بالا و آب به عنوان خنك كننده و كند كننده و برليوم به عنوان بازتابنده است. انتقال حرارت در اين راكتور توسط جريان جابجايي آزاد صورت مي¬گيرد. تانك راكتور مانع و محافظ خوبي در برابر قلب راكتور از محيط خارجي و بالعكس است و به همين خاطر داراي اهميت است. يكي از حوادثي كه ممكن است براي تانك راكتور اتفاق بيفتد، ايجاد حفره در تانك است. از آنجايي كه برداشت حرارت در راكتور از طريق آب صورت مي¬گيرد وجود حفره در تانك بر روي ترموهيدروليك راكتور اثر مي¬گذارد. بنابراين در اين پژوهش به بررسي اثر وجود حفره بر روي ترموهيدروليك راكتور و مدت زمان عملكرد آن پرداخته شده است. براي انجام اين كار يك تحليل ديناميك سيالات محاسباتي توسط نرم افزار انسيس فلوئنت صورت گرفته است. ابتدا هندسه و مشخصات راكتور گردآوري شده و سپس هندسه¬ي كامل راكتور كه شامل ميله¬هاي سوخت، ميله¬هاي مجازي، ميله¬ي كنترل، بازتابنده¬هاي پاييني، بالايي و جانبي، تانك راكتور و استخر مدل سازي شده و سپس شبكه بندي شده است. توان راكتور به صورت چگالي توان به ميله¬هاي سوخت اعمال شده است و شبيه سازي براي 3600 ثانيه اجرا شده است. ابتدا عملكرد عادي راكتور مورد بررسي قرار گرفت. داده¬هاي شبيه سازي با داده¬هاي تجربي مطابقت خوبي داشتند. مدت زمان عملكرد راكتور در حالت عادي برابر با 4782 ثانيه به دست آمد. سپس دو حالت بدون تانك و بدون قسمت پاييني تانك مورد بررسي قرار گرفت. در حالت بدون تانك دماي سيال ورودي و خروجي افزايش بسيار ناچيزي داشتند و دبي جرمي خروجي از قلب تقريبا ثابت به دست آمد بنابراين مدت زمان عملكرد راكتور در اين حالت را مي¬توان بي نهايت فرض كرد. در حالت بدون قسمت پاييني تانك، دماي سيال ورودي و خروجي نسبت به حالت عملكرد عادي راكتور، افزايش كمتري داشت و اما دبي جرمي خروجي از قلب راكتور سير نزولي داشت پس راكتور خاموش مي¬شود. سپس در سه ارتفاع cm 10 و cm 23 و cm 250، حفره¬هايي به شكل دايره و با قطر¬هاي cm 1 و cm 3 و cm 5 در نظر گرفته شد و مدت زمان عملكرد راكتور به دست آمد. در تماي حالت¬ها، مدت زمان عملكرد راكتور نسبت به حالت عادي، افزايش مي¬يابد. به طور كلي وجود حفره در تانك باعث افزايش مدت زمان عملكرد راكتور مي شود اما اين افزايش به مكان و قطر حفره بستگي دارد. به طور ميانگين وجود حفره در ارتفاع¬هاي cm 10 و cm 23 و cm 250، به ترتيب موجب افزايش %13.6، %17.6 و %16.8 مدت زمان عملكرد راكتور مي¬شود. بيشترين افزايش مدت زمان عملكرد راكتور به ميزان %23.2 در حفره‌اي با قطر cm 5 در ارتفاع cm23 است. كمترين افزايش مدت زمان عملكرد راكتور نيز به ميزان %7.3، مربوط به حفره‌اي با قطر cm 1 در ارتفاع cm 10 بوده است.

MNSR , Thermal-Hydraulic , CFD , coolant leakage

CFD study on effects of tank leakage rate on the thermal-hydraulic behavior of MNSR

مهندسي هسته‌اي

The Miniature Neutron Source Reactor of Isfahan is a research, thermal, and intrinsically safe reactor. This reactor is low-power and of the tank-pool type. It has highly enriched fuel, water as a coolant and moderator, and beryllium as a reflector. Heat transfer in this reactor is carried out by free convection flow. The reactor tank serves as a good barrier and protection against the reactor core from the external environment and vice versa, and therefore it is important. One of the incidents that may occur to the reactor tank is the formation of a hole in the tank. Since heat is extracted in the reactor through water, the presence of a hole in the tank affects the thermal-hydraulic of the reactor. Therefore, in this study, the effect of the presence of a hole on the thermal-hydraulic of the reactor and its operating time has been investigated. To do this, a computational fluid dynamics analysis has been carried out using ANSYS Fluent software. First, the reactor geometry and specifications were collected, and then the complete reactor geometry, including fuel rods, dummy rods, control rods, bottom, top, and side reflectors, reactor tank, and pool, was modeled and then meshed. The reactor power was applied to the fuel rods in the form of power density and the simulation was run for 3600 seconds. First, the normal operation of the reactor was examined. The simulation data were in good agreement with the experimental data. The reactor operation time in the normal mode was found to be 4782.21 seconds. Then, two modes without the tank and without the bottom part of the tank were examined. In the no-tank mode, the inlet and outlet fluid temperatures increased very slightly and the mass flow rate of the core outlet was obtained to be almost constant, so the reactor operation time in this mode can be assumed to be infinite. In the case without the bottom part of the tank, the inlet and outlet fluid temperatures increased less than in the normal reactor operation mode but the mass flow rate leaving the reactor core was decreasing, so the reactor shut down. Then, at three heights of 10 cm, 23 cm, and 250 cm, circular holes with diameters of 1 cm, 3 cm, and 5 cm were considered, and the reactor operation time was obtained. In general, the presence of a hole in the tank increases the reactor operating time, but this increase depends on the location and diameter of the hole. On average, the presence of holes at heights of 10 cm, 23 cm, and 250 cm increases the reactor operating time by 13.6%, 17.6%, and 16.8%, respectively. The largest increase in reactor operating time is 23.2% in a hole with a diameter of 5 cm and a height of 23 cm. The smallest increase in reactor operating time is 7.3%, related to a hole with a diameter of 1 cm and a height of 10 cm.

4

ياسر عباسي

جواد مختاري

120198