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