primeri raziskav, ki se vsebinsko neposredno nanašajo na dogajanja v ne krško (sloric 2014)
TRANSCRIPT
2r4.ijs.si
Raziskave, ki se vsebinsko nanašajo na dogajanja v
NE Krško
Iztok Tiselj in
sodelavci Odseka za reaktorsko tehniko IJS-R4
SLORIC, 26.2.2014, Ljubljana
3r4.ijs.si
Vsebina
• 3D simulacije gorivnih svežnjev v tlačnovodnih jedrskih elektrarnah.
• Mešanje atmosfere in gorenje vodika v zadrževalnem hramu
• Ostalo:• Trdnostne analize, staranje materialov
• Analize prehodnih pojavov, projektnih nezgod, težkih nesreč
• Verjetnostne varnostne analize
4r4.ijs.si
Zakaj 3D simulacije turbulentnega toka gorivnih svežnjev?
• Zniževanje obratovalnih stroškov JE na enoto proizvedene energije dodatno obremenjuje GS med normalnim obratovanjem• Povečanje moči JE, podaljševanje gorivnih ciklov in življenjske
dobe JE
• Povečana sposobnost odvoda toplote v GS Optimizacija mešalnih krilc v GS
• Poškodb goriva
• Izboljšanje jedrske varnosti• z zanesljivimi in natančnimi 3D simulacijami lahko vnaprej
napovemo varnostne meje sistema
Eksperimenti + natančne 3D simulacije nujne!
5r4.ijs.si
OECD/NEA slepi eksperiment: Simulacije “hladnega” turbulentnega toka v GS
• Velik interes za eksperiment (48 udeleženih organizacij iz 22 držav) 25 simulacij poslanih v roku (1 leto, rok maj 2012)
• Popolni geometrijski podatki (oblika distančne rešetke)
• Jasno definirani robni pogoji
• Dostop do podrobnih meritev (razkrite ob koncu testa)
6r4.ijs.si
Eksperimentalna naprava MATIS-H• Vrednosti profilov so izmerjene na 4 vzdolžnih lokacijah
(0,5DH, 1DH, 4DH in 10DH) za rešetko (DH = 24,27mm)
• V treh kanalih (y=0,5P, 1,5P and 2,45P, kjer je P = 33,12mm)
10 cm80 cm
1 DH
0,5 DH
4 DH 10 DH
Meritve: časovno spremenljivi profili vseh treh komponent hitrosti
7r4.ijs.si
Fizikalni model
• Rešujemo povprečene Navier-Stokesove enačbe brez prenosa toplote
∇∙𝑢ത= 0
∂𝑢ത∂t + ∇∙ሺ𝑢ത𝑢തሻ= −1𝜌∇𝑝ҧ+2𝜐∇2𝑢ത−∇τt +𝑓
8r4.ijs.si
Izdelava numerične mreže
• Mreža je v celoti sestavljena iz heksagonalnih elementov
• Vključeni so vsi geometrijski detajli, 13.1 milijonov elementov
• Zgoščena ob stenah
• Konstruirana je tako, da sledi smeri toka
• Izjemno zahtevna izdelava mreže ~3-4 mesece
• Simulacija (ANSYS-CFX): pribl. 1 mesec na IJS računski gruči (64 procesorjev)
Prečni izsek mreže v kanalu med palicami na razdalji Z/DH=0,5
9r4.ijs.si
Simulacija hitrostnega polja
Simulacija (ANSYS-CFX): približno1 mesec na IJS-R* računski gruči (64 procesorjev)
10r4.ijs.si
Rezultati: Razvoj toka v vzdolžni smeri
(a) Povprečna hitrost U (b) Povprečne fluktuacije URMS
Izračunane (polna črta) in izmerjene (črtkana) časovno povprečene hitrosti U in fluktuacije URMS za rešetko (pri 1DH, 4DH in 10DH)
11r4.ijs.si
OECD/NEA slepi test – rezultati “tekmovanja”
Vir: NEA/CSNI Report of the OECD/NEA KAERI Rod Bundle CFD Bencmark Exercise, julij 2013
IJS
Časovno povprečene RMS fluktuacije Časovno povprečene hitrosti
12r4.ijs.si
Vodik- mešanje atmosfere zadrževalnega hrama- gorenje vodika- blaženje, kontroliran sežig
Slika: simulacija mešanja “vodika” (Helija) v eksperimentalni napravi Thai po vbrizgavanju vroče pare.
- srednja slika: koncentracija He
- desna slika: temperatura (spodaj desno – mesto vbrizgavanja vroče pare)
13r4.ijs.si
HYKA A2 eksperimentalna naprava, Karlsruhe Institute of Technology• Volumen: 201 m3
• Višina: 9 m
• Premer: 6 m
Eksperiment - gorenje vodika
14r4.ijs.si
EKSPERIMENT Širjenje plamena navzgor Predlog IJS April 2010
(LACOMECO projekt)• Tlak: 1.5 bar• Temperatura: 90 ⁰C• H2: 12 vol.%
• Para: 20 vol.%• Zrak: ostalo
15r4.ijs.si
EKSPERIMENT
KIT, Marec 2012
16r4.ijs.si
Vodik – blaženje, kontroliran sežig
HYSAM – predlog novega projekta v okviru raziskovalnih programov EU Obzorje2020
Naloga 3.1:Delovanje PARov med nezgodo (H2, CO, para, malo O2):- Kontroliran sežig H2 in CO- Vžig- “Zastrupitev” PARov
17r4.ijs.si
Vodik – blaženje, kontroliran sežig
HYSAM
Naloga 3.2:Interakcija PARov in atmosfere:- Položaj PARov- Delovanje PARov ob neugodni smeri
toka
18r4.ijs.si
Zaključki“Computational Fluid Dynamics” – je to sploh koristno oziroma potrebno?
Ostale teme – nekaj v naslednji predstavitvi:• Analize prehodnih pojavov (vodni udar), projektnih
nezgod (RELAP,TRACE), težkih nesreč.
• Trdnostne analize, staranje materialov
• Verjetnostne varnostne analize
19r4.ijs.si