Áramlástani modellek felhasználása atomerőművi berendezések élettartam-elemzésénél szükséges szilárdsági számítások esetén Pálfi Tamás
[email protected] Pálfi Péter
[email protected] VEIKI Energia+ Kft. Budapest
SimDay 2015 2015. Október 8.
Szilárdsági számítások peremfeltételei Terheléskatalógus, tervezési specifikáció Forrásuk alapvetően a tervezési számítások, így egyedi mérnöki megfontolásokat tartalmaznak.
Terheléskatalógus
VEM modell
Erősen konzervatív megközelítés:
egyszerűsített rendszermodell; egyszerűsített időbeni lefutás; egyszerűsített áramlástani és hőtani peremfeltételek.
Áramlástani és hőtani modellezés
Megmaradnak a terheléskatalógus peremfeltételei mögött lévő alapvető megfontolások
Felülburkoló számítás, konzervativ modellezési hozzáállás
Terheléskatalógus
CFD
VEM modell
Térfogat-kiegyenlítő tartály kiegyenlítő csonkja Gyors hőmérsékletváltozással járó tranziensek
Csonk betétcsövének hatása
hőátadás csökkenése tranziensek által érintett környezet
Reaktortartály Főosztósík tömítőegység
Levegővel telt réseken keresztüli hőátvitel figyelembevételének hatása
Kiegyenlítő csonk CFD modell
3D modell
valós geometria 3 094 827 elem turbulencia miatt 3D áramlás határréteg háló
Inicializálás: stacioner eset Instacioner eset – tranziens számításra
Hálósűrítési vizsgálatok
Kiegyenlítő csonk CFD számítási eredmények
A betétcsőből kilépő nagy sebességű víz, szabad nyíróréteget képez a tartályban lévő kis sebességgel mozgó vízzel, annak csak kis részét képes magával ragadni, így a tartály fala mellett visszaáramlás alakul ki.
1.
2.
3.
Magas hőátadási tényező a csonk alsó, betétcsővel nem védett részén (6000 W/m2K) Alacsony hőátadási tényező a csonk betétcsővel védett részén (200 W/m2K)
A TK fenék plattírozott keresztmetszeteire nincs hatással a tranziens
Kiegyenlítő csonk VEM modell a. b. c.
A háló a szilárd testekben megegyezik a CFD hálóval referencia modell: mindenhol magas hőátadási tényező CFD számítások alapján általánosított hőátadási tényező CFD számítással kapcsolt modell
Kiegyenlítő csonk VEM számítási eredmények
A betétcső figyelembe vétele felesleges konzervativizmustól mentesíti az általa védett részeket. Konzervativizmus:
A-modell >> B-modell > C-modell
Kiegyenlítő csonk CFD számítás kapcsolása
A CFD szoftver és a VEM szoftver között „gyári” kapcsolás nem lehetséges; A CFD számítás felületi hőmérsékleteinek ismeretében az MSC MARC már képes kiszámítani a hőmérséklet-eloszlást; A kapcsolást leegyszerűsíti, a felületi hálók megegyezése; A két háló eltérő leírási módon alapul:
CFD - véges térfogatok módszere: elemhatár - csomópont MARC – véges elemek módszere: elem – csomópont
Lépések: 1. 2.
3. 4.
CFD háló kiírása, átalakítása MARC dat formátumba (python); MARC modell létrehozása, CFD peremfeltételek helyeinek kijelölése, MARC dat mentése; MARC dat átalakítása, csomópontonkénti hőmérséklet függvény létrehozása (python); MARC futtatása.
Reaktortartály Főosztósík tömítőegység
Levegő figyelembevételének hatása
CFD modell
3D modell:
2 893 245 elem finom hálózás geometriai egyszerűsítések turbulencia: k-Ω SST
Hálósűrítési vizsgálatok A szilárdsági számítások során nagy jelentőséggel bír a levegő hőátviteli képességeinek figyelembe vétele.
M140 tőcsavar mérései
Blokkindítás során mérték a tőcsavar hőmérsékletét tapintó hőmérővel.
A CFD számítási eredmények jó egyezést mutattak a méréssel.
A mérések 24 db kazetta kilépő víz hőmérsékletének átlagát, valamint három tőcsavar hőmérsékletét regisztrálták.
VEM modell
Levegős réseken keresztüli hőátadás modellezése (near contact):
Hővezetés a levegőn
Hősugárzás
hővezetési tényező levegőn át
emissziós tényező
Referencia VEM modell:
near contact kikapcsolva
VEM modell számítási eredmények
VEM modell számítási eredmények Hőmérsékleteloszlás a VEM modell alapján, a felfűtés végén (84000s).
VEM modell számítási eredmények Csavarerő változása a felfűtés során
VEM modell számítási eredmények Csavarerő változása a lehűtés során
VEM modell számítási eredmények Tömítőerő [MN] a felfűtés során a 67428s-ban
VEM modell számítási eredmények Tömítőerő [MN] a lehűtés során a 75600s-ban
Near Contact
Contact
(d
Hővezetés a kontakt felszínek között
Near contact (d_cont
Hővezetés a kontakt felszínek között, illetve távolságfüggő hővezetés (d/d_near_cont)
Near contact hővezetés kontakt felszínek között
Természetes konvekció:
Nem lineáris konvekció
Sugárzás – emissziós tényező
Tényezőket iterációval határoztukmeg
Köszönöm a figyelmet!
