A helikális távtartó hatásának numerikus áramlástani vizsgálata a szuperkritikus nyomású víz termohidraulikájára négypálcás geometriában
A 2014-ben lezárult SCWR-FQT Európai Uniós projekt célja egy olyan tesztkör megtervezése és engedélyeztetése volt, amely demonstrálja az SCWR európai változat (a HPLWR) kazettamodelljének működőképességét radioaktív, tehát valós környezetben. A demonstráció fő feladata a kazettafal és üzemanyag burkolat anyagok megfelelősségének (kellő mértékben ellenállnak-e a kémiailag agresszív szuperkritikus nyomású víznek) és a helikális távtartós kazettageometria termohidraulikai szempontú megfelelősségének bebizonyítása. A BME NTI is részt vett a projektben, a kazettamodell termohidraulikai tervezésében. Az intézet feladata többek között az volt, hogy részt vegyen egy vak CFD benchmarkban, amihez az egyik kínai partner szolgáltatott később mérési eredményeket. A mérést a korábban megépült SWAMUP mérőkörbe behelyezett tesztszakaszon végezték el, amely az SCWR-FQT kazettarész 1,25-szörösére növelt geometriája volt.
A projekt lezárása után a tanszéken tovább foglalkoztunk a problémával: meg szerettük volna vizsgálni, hogy milyen hatása van a hőátadásra a távtartók menetszámának azonos fűtött hossz (750 mm) mentén. Összesen hét geometriát vizsgáltam meg: egy távtartó nélkülit, és hat darab helikális távtartóval rendelkező geometriát. Az első távtartós geometriában a helikális távtartó egyszer fordult körbe a fűtött hosszon, a következőben kétszer, és így tovább, egészen hat körbefordulásig. A számítási tartomány diszkretizálásához strukturálatlan tetraéder rácsot készítettem, a határréteget prizmatikus elemek segítségével bontottam fel. A számítások elvégzéséhez a BSL Reynolds Stress turbulencia modellt használtam. A három körülfordulást tartalmazó geometria esetében az SCWR-FQT projekt keretében kapott mérési adatokkal el tudtam végezni a validációt.
Az eredmények kiértékelésének célja az volt, hogy meghatározzam a helikális távtartó menetszámának műszakilag optimális értékét, amely figyelembe vesz két, egymással ellentétes szempontot. Az első szempont az, hogy a hőátadási tulajdonságok jók legyenek, ami a gyakorlatban minél magasabb értékű és a fűtött hossz mentén lehetőleg minél egyenletesebb hőátadási tényező eloszlást jelent, amely a menetek számával előnyösen változik. A másik szempont az, hogy ne legyen túl nagy a fűtött szakaszon a nyomásesés, amely pedig a menetek számával növekszik. Végül, azt találtuk, hogy hárommenetnyi helikális távtartó tekinthető a műszaki optimum értéknek.
Ebben a dolgozatban röviden ismertetem a SCWR-FQT projekt keretében elvégzett munkámat, részletesen bemutatom a geometriák elkészítésének és diszkretizációjuknak a menetét, az ehhez kapcsolódó érzékenységi vizsgálatokat, valamint az eredmények kiértékelését és az eredményeket.
szerző
-
Mervay Bence
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Kiss Attila
egyetemi adjunktus, Atomenergetika Tanszék
