SlideShare a Scribd company logo
1 of 19
Download to read offline
Primeri raziskav, ki se vsebinsko neposredno nanašajo na dogajanja v NE Krško (SLORIC 2014)
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
r4.ijs.si

2
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
r4.ijs.si

3
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!
r4.ijs.si

4
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)

r4.ijs.si

5
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)

0,5 DH
1 DH
4 DH

10 DH

10 cm
80 cm

Meritve: časovno spremenljivi profili vseh treh komponent hitrosti

r4.ijs.si

6
Fizikalni model
•

Rešujemo povprečene Navier-Stokesove enačbe brez prenosa
toplote

∇∙ 𝑢 =0
∂𝑢
1
+ ∇ ∙ 𝑢 𝑢 = − ∇𝑝 + 2𝜐∇2 𝑢 − ∇τt + 𝑓
∂t
𝜌

r4.ijs.si

7
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

r4.ijs.si

8
Simulacija hitrostnega polja
Simulacija (ANSYSCFX): približno
1 mesec na IJS-R*
računski gruči (64
procesorjev)

r4.ijs.si

9
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)
r4.ijs.si

10
OECD/NEA slepi test – rezultati “tekmovanja”
IJS

Časovno povprečene RMS fluktuacije

Časovno povprečene hitrosti

Vir: NEA/CSNI Report of the OECD/NEA KAERI Rod Bundle CFD Bencmark
Exercise, julij 2013

r4.ijs.si

11
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)
r4.ijs.si

12
Eksperiment - gorenje vodika
HYKA A2 eksperimentalna
naprava, Karlsruhe
Institute of Technology
• Volumen: 201 m3
• Višina: 9 m
• Premer: 6 m

r4.ijs.si

13
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

r4.ijs.si

14
EKSPERIMENT
KIT, Marec 2012

r4.ijs.si

15
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
r4.ijs.si

16
Vodik – blaženje, kontroliran sežig
HYSAM
Naloga 3.2:
Interakcija PARov in atmosfere:
- Položaj PARov
- Delovanje PARov ob neugodni smeri
toka

r4.ijs.si

17
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

r4.ijs.si

18
r4.ijs.si

19

More Related Content

Primeri raziskav, ki se vsebinsko neposredno nanašajo na dogajanja v NE Krško (SLORIC 2014)

  • 2. 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 r4.ijs.si 2
  • 3. 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 r4.ijs.si 3
  • 4. 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! r4.ijs.si 4
  • 5. 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) r4.ijs.si 5
  • 6. 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) 0,5 DH 1 DH 4 DH 10 DH 10 cm 80 cm Meritve: časovno spremenljivi profili vseh treh komponent hitrosti r4.ijs.si 6
  • 7. Fizikalni model • Rešujemo povprečene Navier-Stokesove enačbe brez prenosa toplote ∇∙ 𝑢 =0 ∂𝑢 1 + ∇ ∙ 𝑢 𝑢 = − ∇𝑝 + 2𝜐∇2 𝑢 − ∇τt + 𝑓 ∂t 𝜌 r4.ijs.si 7
  • 8. 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 r4.ijs.si 8
  • 9. Simulacija hitrostnega polja Simulacija (ANSYSCFX): približno 1 mesec na IJS-R* računski gruči (64 procesorjev) r4.ijs.si 9
  • 10. 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) r4.ijs.si 10
  • 11. OECD/NEA slepi test – rezultati “tekmovanja” IJS Časovno povprečene RMS fluktuacije Časovno povprečene hitrosti Vir: NEA/CSNI Report of the OECD/NEA KAERI Rod Bundle CFD Bencmark Exercise, julij 2013 r4.ijs.si 11
  • 12. 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) r4.ijs.si 12
  • 13. Eksperiment - gorenje vodika HYKA A2 eksperimentalna naprava, Karlsruhe Institute of Technology • Volumen: 201 m3 • Višina: 9 m • Premer: 6 m r4.ijs.si 13
  • 14. 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 r4.ijs.si 14
  • 16. 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 r4.ijs.si 16
  • 17. Vodik – blaženje, kontroliran sežig HYSAM Naloga 3.2: Interakcija PARov in atmosfere: - Položaj PARov - Delovanje PARov ob neugodni smeri toka r4.ijs.si 17
  • 18. 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 r4.ijs.si 18