Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben Dr. Aszódi Attila igazgató, egyetemi docens BME Nukleáris Technikai Intézet
CFD Workshop, 2007. június 20.
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja és kísérleti vizsgálata • Feladat: atomerımővi vezetékekben és reaktortartályokban lejátszódó természetes áramlási folyamatok vizsgálata • Probléma: Pakson alkalmazott fél-empirikus kód validálása szükséges • Nagynyomású ZÜHR betáplálásakor rétegzıdött áramlás alakulhat ki, ami PTS (pressurized thermal shock) jelenséghez vezethet - ennek vizsgálata az üzemidıhosszabbítás miatt elengedhetetlen Vizsgált keveredési tartományok CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
2
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja és kísérleti vizsgálata • Kísérleti berendezés(ek) a fontosabb keveredési folyamatok vizsgálatára (rétegzıdött áramlás, rétegzıdés stabilitása, csóva-bekeveredés) • Elsı kísérleti berendezés: 12,5 literes plexiüveg „akvárium” • 5 ki/belépı csonk • Különbözı konfigurációk valósíthatók meg (hideg és meleg víz keveredése) • Mérés: termoelemek, PIV/LIF berendezés beszerzése folyamatban Az elsı kísérleti berendezés (akvárium) CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
3
Hımérsékleti rétegzıdés szimulációja és kísérleti vizsgálata • Elızetes számítások: berendezés megvalósíthatóságához, méretezéshez • Példa: hexaéderes háló (545 000 térfogatelem), 240 s-os tranziens, lamináris modell, Tkezd=20oC, Tin=80oC
CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
4
Az ITER elsı fal hőtésének szimulációja és a mérések elıkészítése Elsı fal szerepe: • Elhatárolja a tesztköpeny modult (TBM) a plazmától • A TBM hımérsékletét a megengedhetı maximális érték alatt tartja
Hélium hőtıközeg (80 bar, 300 oC) CFD Workshop 2007. június 20.
Plazma
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
5
HETRA – kísérlet (Karlsruhe)
HETRA: HEat TRAnsfer
• Szimulációval kapott hıátadási tényezık validálása • Az elsı falban kialakuló hımérséklet-eloszlás meghatározása CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
6
HETRA – CFD számítások
Kihúzott háló Könyökök áramlásra gyakorolt hatása 8100 8000
Heat transfer coefficient [W/m 2K]
7900 7800 7700 7600 7500 7400 7300 7200 7100 7000 6900 6800 6700 6600 6500 6400 6300 0.05 0.125
0.2
0.275 0.35 0.425
0.5
0.575 0.65 0.725
Distance from x=0 [m]
Hımérséklet-eloszlás egy keresztmetszetben
0.8
0.875 0.95 1.025
1.1
Hıátadási tényezı az egyenes szakasz mentén (hevítık hatása)
TBM manifold modellezése • Bonyolult, réteges szerkezető He elosztó rendszer (TBM manifold) újabb koncepciója • Feladat: a második rétegének CFD vizsgálata
Elosztórendszer feladata: 1 ⇒ az elsı falba, 2 ⇒ a CAP és GRID elemekbe, 3 ⇒ magukba a szaporító elemekbe a héliumot elosztani
TBM manifold modellezése A tenyésztı elemek hőtıcsatornái és a vízszintes GRIDek túlnyúlnak a 2. rétegen
Csonkok a CAP elemekbe
2. réteg
Az elsı falból KIVEZETİ csonkok
A függıleges GRID lemezek túlnyúlnak a 2. rétegen, így a rajtuk kialakított furatokon át „terül” a He
Csonkok a GRID hőtıcsatornákba
TBM manifold modellezése
A régebbi manifold koncepció CFD modellje
Hőtırácsokat helyettesítı szelepes csövek
• A TBM manifold 2. és 3. rétegének modellje szeptembertıl épül (régebbi koncepcióval). • Mérések levegıvel ⇒ CFD modell validálása ⇒ számítások He-ra
Manifold 3. rétege
Manifold 2. rétege
Manifold 3. rétege Manifold 2. rétege CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
10
TBM manifold modellezése Hőtırácsokat helyettesítı szelepes csövek
• Cél: Méretezés CFD-vel: A hőtıcsatornákba a kívánatos tömegárammal juttatni a He-ot • Ugyanezen munka elvégzése több koncepcióra is ⇒ legjobb koncepció kiválasztása
Manifold 3. rétege
Az új manifold koncepció CFD modellje fejlesztés alatt
Manifold 2. rétege
CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
11
SCWR reaktor • Szuperkritikus nyomású vízzel hőtött reaktor (egyik IV. generációs koncepció) • A mindennapi gyakorlattól eltérı nyomás (p>pc) és hımérséklet (T>Tc) • Nyomástól és hımérséklettıl erısen függı anyagjellemzık • Fizikailag nem teljesen tisztázott termohidraulikai jelenségek (Piston effektus, DHT) • CFD kódok validálása
SCWR reaktor – validáció • Validációhoz használt mérések • Swenson mérés (1965.) – kész • Herkenrath mérés (1967.), Yamagata mérés (1972.) – foly. • Egyszerő geometriák: egyenes főtött falú csövek • Blokk strukturált háló finom fali határréteggel • Hálófüggetlenség, turbulenciamodell vizsgálat
SCWR reaktor – validáció (Swenson kísérlet)
Számítási eredmények különbözı anyagjellemzı megadási módok esetén CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
14
EK-10 kazetta – megszaladás számítás • BME Oktatóreaktor üzemanyag kazetta • Teljesítmény-változás modellezése: CFX-be beépített pontkinetikai modell (felhasználói szubrutin) • Kazettanegyed modell
CFD Workshop 2007. június 20.
Modell hossz (Z irány)
540 mm
Aktív hossz
500 mm
X és Y méret
32,5 mm
Burkolat külsı átmérıje
10 mm
Burkolat belsı átmérıje
7 mm
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
15
EK-10 kazetta – megszaladás számítás • Üzemanyag és moderátor hımérséklet visszacsatolás 160000
•
200
140000
Hımérséklet [C]
Hıfluxus [W/m2]
120000 100000 80000 60000 40000
150
Kilépı víz átlaghımérséklete Maximum hımérséklet a burkolat külsı falán Maximum hımérséklet a burkolatban Maximum hımérséklet az üzemanyagban
100
50
20000
0
0 0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
Idı [s]
Idı [s]
• További lépés: fázisátalakulás modellezése (üregegyüttható) CFD Workshop 2007. június 20.
Dr. Aszódi Attila, BME NTI
16
VVER-440 kazetta
Kazettafej
Pálcaköteg
Szubcsatorna
• Hőtıközeg-keveredés tanulmányozása a fejben és a pálcakötegben • ”új típusú” (Gd-os) kazetták vizsgálata, szubcsatornakódok ellenırzése, stb.) VVER-440 kazetta Aktív pálcaköteg • Validálás: Kurcsatov Intézetben végzett mérések segítségével
M1
M2
M4
M5
M3
M6
1.6
1.2
1.4
1.0
1.2 2+
1.4
0.8
Experiment M1 M2 M3 M4 M5 M6
0.6 0.4 0.2
1.0
v
v2+
VVER-440 kazetta – szubcsatorna számítások
0.8
Experiment BSL Reynolds Stress SSG Reynolds Stress SST k-epsilon
0.6 0.4 0.2
0.0
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0
0.2
0.4
y*
• Részletes háló és turbulenciamodell vizsgálat • Összehasonlítás mérési eredményekkel (Trupp és Azard,1975)
0.6
y*
0.8
1.0
VVER-440 kazetta – pálcaköteg számítások
• Szubcsatornák közötti konvektív keveredés vizsgálata • Távtartórács hatásának részletes tanulmányozása
