شبیه‌سازی و تحلیل آزمایش اختلاط سیال خنک‌کننده در محفظه فشار راکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر با استفاده از نرم‌افزار ANSYS CFX 18.0

نویسنده

گروه مهندسی هسته­ای، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده
در راکتورهای PWR عوامل مختلفی مانند افزایش یا کاهش برداشت حرارت از مدار اولیه، باعث بروز پدیده اختلاط سیال خنک‌کننده در محفظه فشار راکتور می‌شود. تعیین میزان اختلاط شکل گرفته از حیث حفظ ایمنی و کنترل راکتور بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش تست ترموهیدرولیکی اختلاط سیال خنک‌کننده در محفظه تحت فشار راکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر با نرم افزار ANSYS CFX 18.0 به صورت سه بعدی شبیه‌سازی شده است. در این تست، اختلاط سیال ناشی از کاهش برداشت حرارت از مدار اولیه توسط مدار ثانویه بررسی می‌شود. هدف این پژوهش محاسبه توزیع دمای سیال خنک‌کننده، ضرایب اختلاط (درصد اختلاط) بین حلقه‌های مدار اولیه و هم‌چنین تمام پارامترهای ترموهیدرولیکی سیال خنک‌کننده در تمام نقاط راکتور از جمله قلب که بسیار حائز اهمیت است، می‌باشد. بدین منظور هندسه کامل راکتور و اجزای داخلی آن به صورت دقیق مدل می‌شود و با استفاده از نرم‌افزار CFX، معادلات جریان داخل راکتور حل می‌گردد. معادلاتی که برای جریان حل می‌شوند، معادلات ناویر- استوکس متوسط‌گیری شده توسط رینولدز به همراه معادلات مدل آشفتگی دو معادله‌ای SST k-ω می‌باشد. با مقایسه نتایج به دست آمده حاصل از شبیه‌سازی و نتایج تجربی حاصل از تست راه‌اندازی مربوطه در نیروگاه بوشهر، متوسط خطای به دست آمده در محاسبه ضرایب اختلاط بین حلقه‌‌ها 6/45 درصد و برای ورودی قلب 10/92 درصد می‌باشد. این درصد خطا با توجه به کارهای مشابه و هم‌چنین ساده‌سازی‌های صورت گرفته در حین شبیه‌سازی، مطلوب و قابل اعتماد است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Simulation and Analysis of the Coolant Mixing Test within the Reactor Pressure Vessel of BNPP Using ANSYS CFX 18.0

چکیده English

There are different parameters such as increase or decrease of heat removal from primary circuit which affect the coolant mixing phenomena in the vessels of pressurized water reactors (PWRs). Determination of mixing level is very important from reactor safety and control aspects. In this study, the thermal hydraulic test of coolant mixing within the reactor pressure vessel of Bushehr nuclear power plant (BNPP) has been simulated (3-D modeling) using ANSYS CFX 18.0. In this test, the fluid mixing due to primary circuit heat removal decrease has been investigated and the goal of this research has been defined as finding the coolant temperature distribution, computing the primary circuit loops mixing coefficients and other thermal hydraulic parameters of coolant in the whole reactor zones specially the reactor core which is the most important. To achieve this, the geometry of whole reactor considering all components have been modeled and the governing equations of reactor flow field (the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations utilizing SST k-ω turbulence model) have been solved in CFX. Comparison of simulation results and experimental results of BNPP startup test shows the average error of 6.45 % and 10.92 % for mixing coefficient of loops and core inlet, respectively. According to the implemented simplifications, the results have good accuracy.

کلیدواژه‌ها English

  • Coolant mixing
  • Reactor pressure vessel
  • BNPP
  • Coolant temperature distribution
  • Mixing coefficient
  • CFX