بررسی عددی اثر پره‌های مخلوط کننده در حضور جوشش مادون سرد در قلب راکتور ماژولار کوچک

چکیده مقاله

با پیشرفت‌های ایجاد شده در تکنولوژی راکتورهای هسته‌ای امروزه استفاده از راکتورهای ماژولار کوچک با اهدافی نظیر تولید پراکنده و تولید همزمان مورد توجه قرار گرفته است. در این راکتورها همانند راکتورهای قدرت در صورت دفع نامناسب حرارت از مجتمع سوخت، قلب راکتور دچار حادثه می‌شود. پره‌های مخلوط‌کننده یکی از تجهیزاتی است که بر روی شبکه اسپیسر مجتمع سوخت نصب شده و انتقال حرارت قلب راکتور را بهبود می‌بخشند. با افزودن پره‌های مخلوط‌کننده به این شبکه‌ها که وظیفه حفظ فاصله مناسب میان میله‌های سوخت را بر عهده دارند، میزان آشفتگی و اختلاط سیال عامل افزایش یافته و در پی آن ضریب انتقال حرارت بهبود می‌یابد. اگرچه در شرایط نرمال برای کارکرد راکتورهای ماژولار کوچک از نوع راکتور آبی تحت فشار ، سیال عامل در قلب راکتور می‌بایست در ناحیه تکفاز باشد، ولی در مجاورت میله سوخت دما می‌تواند از دمای اشباع فزونی یافته و سبب جوشش سیال بصورت موضعی شود که به این پدیده جوشش مادون سرد گفته می‌شود.
در این مطالعه با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی و بکمک نرم‌افزار انسیس سی‌.اف.‌ایکس 18 اثر پره‌های مخلوط‌کننده نوع چرخشی بر انتقال حرارت در قلب راکتور ماژولار کوچک آبی تحت فشار در شرایط حضور جوشش مادون سرد بررسی شده است. برای مدلسازی جوشش مادون سرد از مدل جوشش دیواره‌ای آر.پی.آی استفاده شده است. اعتبارسنجی بکمک داده‌های تجربی مربوط به جوشش مادون سرد در یک لوله صورت گرفته است. همچنین با توجه به هندسه تکرار شونده مجتمع‌های سوخت و با استفاده از تقارن، بررسی‌ها در یک زیرکانال ۳×2 از قلب راکتور در فشار کاری 15 مگاپاسکال به انجام رسیده است. برای مدلسازی آشفتگی نیز از مدل کی- ‌اپسیلون استفاده شده است. نتایج نشان داد بکارگیری پره‌های مخلوط کننده چرخشی هرچند سبب افت فشار موضعی می‌شوند، ولی با کاهش متوسط سطحی دمای دیواره میله سوخت ظرفیت انتقال حرارت را افزایش می‌دهند.