Baglietto مطالعات گسترده ای در رابطه با بهبود و توسعه روشهای محاسباتی برای شبیه سازی میله های سوخت انجام دادند.[۱] در سال Lee , 2007 و Choi عملکرد دو پره مخلوط کننده از نوع ورتکس مقیاس بزرگ LSVF را با دو پره مخلوط کننده از نوع ورتکس مقیاس کوچک SSVF را در آرایش ۱۷در ۱۷ میله های سوخت راکتور PWR مورد مقایسه قرار دادند نتایج آنها نشانگر این امر است که سیال در عبور از اسپیسرها افت فشار قابل ملاحظه ای می یابدImaizumi .[2] با استفاده از روشهای مکانیک سیالات محاسباتی میدان سه بعدی جریان را برای یک مجموعه سوخت راکتور آبی تحت فشار به صورت عددی محاسبه کردند و اصلاحاتی را در طراحی مجموعه سوخت انجام دادند. این اصلاحات بیشتر به نحوه چیدمان پره های آشفته کننده مربوط می شد.[۳]

.۲مشخصات راکتور IR-40

راکتور تحقیقاتی IR-40 دارای یک سیستم خنک کننده اولیه با دو مداراست تا بتواند همواره دمای میله سوخت را در محدوده ایمن قرار دهد و از ذوب موضعی غلاف سوخت در شرایط نرمال سیستم و نیز شرایط حادثه

۶۶۵

جلوگیری کند. در شکل زیر شماتیک این راکتور آمده است. انتقال حرارت از سیستم خنک کننده اولیه به ثانویه در مبدل حرارتی انجام می شود و دفع حرارت از سیستم خنک کننده ثانویه در برجهای خنک کننده صورت می گیرد. آب تحت فشار حدود ۰,۳۲۴ MPa به عنوان خنک کننده از داخل قلب عبور داده می شود و حرارت تولید شده در میله های سوخت را توسط سیستم خنک کننده اولیه دفع می کند. این سیستم برای دفع حرارتی معادل با ۴۰ MW طراحی شده است. در شکل۱ دیاگرام جریانی سیستم خنک کننده اصلی نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده می شود در یکی از مدارها, یک مولد فشار بر روی این سیستم تعبیه شده است تا فشار کارکرد سیال همواره در محدوده مورد قبول قرار گیرد. مشخصات این راکتور در جدول یک آورده شده است.[۴]

شکل .۱ شماتیک فلو دیاگرام یکی لوپ راکتور تحقیقاتی [۴] IR-40

.۳روش انجام تحقیق

.۱,۳ مدلسازی مجتمع سوخت: مجتمع سوختی مورد نظر این پژوهش, یک کانال با مقطع دایروی است که نوزده عدد میله سوخت را با آرایش شش ضلعی احاطه کرده است. هجده عدد از این میله های کاملاً مشابه حاوی سوخت بوده و حرارت تولید می کنند, در حالیکه میله مرکزی که قطر بزرگتری دارد تجهیزات کنترل و ابزار دقیق را در خود جای داده است. سیال کاری که نقش کند کننده و خنک کننده را دارد, آب می باشد و از داخل کانال در راستای طولی عبور کرده و گرمای میله های سوخت را دفع می کند. برای مدلسازی هندسه کامل این مجتمع شامل میله های سوخت, اسپیسرها و … از شرط تقارن موجود در مسئله استفاده شده است و به منظور صرفه جوئی در زمان محاسبات و امکانات موجود سخت افزاری تنها یک ششم هندسه مقطع

۶۶۶

Velocity inlet

کانال شبیه سازی شده است. این کار در نرم افزار پیش پردازنده Gambit انجام شده است. مقطع مجتمع سوختی و کانال شبیه سازی شده در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل .۲ الف: مقطع یک مجتمع سوخت. ب:یک ششم مجتمع (کانال) شبیه سازی شده بدون اسپیسر ها. ج: یک ششم در مجتمع(کانال) شبیه سازی شده با در نظر گرفتن نه عدد اسپیسر .

زیرکالوی ۲ است. طول هر اسپیسر ۳ سانتی متر و ضخامت آن ۰,۳ میلیمتر میباشد. بعد از مدلسازی هندسه، عملیات مش بندی توسط نرم افزار GAMBIT انجام شد. از مش های ساختار یافته استفاده شد و برای هندسه بدون اسپیسر تعداد ۲۸۰۰۰۰۰ نقطه شبکه و برای هندسه با در نظر گرفتن اسپیسر ها ۶۲۰۰۰۰۰ نقطه شبکه در نظر گرفته شد تا حل مستقل از تعداد مش و نقطه شبکه باشد.

.۲,۳ شرایط مرزی اعمال شده:

الف: سرعت و فشار: در این تحقیق مجتمع سوختی یک راکتور تحقیقاتی نمونه مدنظر بوده است که در آن فشار عملکرد سیال معادل ۳,۲۱ bar می باشد. بنابر این در خروجی جریان از شرط مرزی Pressure outlet
استفاده شده است. شرط مرزی در ورودی جریان اعمال شده است.آب با دمای ۵۰ درجه سانتی

۶۶۷

گراد و سرعت ۱,۲ m/s وارد کانال سوخت می شود و در عبور از روی میله های سوخت دریافت حرارت می کند.