-۱مقدمه

به طور کلی یکی از روشهاي کم هزینه و عملی در خنککاري، انتقال حرارت جابهجایی طبیعی است که کاربرد فروانی در صنایع مختلف از جمله صنعت هستهاي دارد. جریان طبیعی به علت تغییرات چگالی القا شده در سیال بواسطه تغییر دما یا غلظت در حضور نیروي گرانش پدید میآید. در راکتور تحقیقاتی مورد نظر، بواسطه فرایند شکافت در قلب راکتور، پرتوهایی از نوع گاما تولید و توسط صفحه سربی ستون حرارتی که در مجاورت قلب راکتور قرار دارد جذب میشوند. این فرایند با تولید گرما در صفحه سربی همراه است که با گرم شدن سیال مجاور صفحه سربی و ایجاد نیروي شناوري، جریان جابهجایی طبیعی در کانال شکل گرفته از صفحه سربی و دیواره قلب برقرار میشود. در شرایطی که جابهجایی طبیعی توانایی برداشت حرارت تولید شده در صفحه سربی را نداشته باشد، شرایط جوشش سیال بر روي صفحه سربی فراهم شده و تشکیل حباب بر روي صفحه سربی میتواند مشکلاتی را چه به لحاظ تاثیر بر روي قلب راکتور از نظر ورود حباب به داخل قلب و چه به لحاظ ایجاد تلاطم در لایههاي بالایی آب استخر و عدم دید واضح بر روي قلب در شرایط بهرهبرداري ایجاد کند.

در شکل ۱ نمایی از قلب راکتور تهران نشان داده شده است که در آن پیدایش حباب در سمت ستون حرارتی تحت شرایط عملکرد ۴ مگاوات دیده میشود. در نتیجه مسئله جلوگیري از تشکیل حباب داخل استخر از اهمیت بالایی برخوردار میشود. از اینرو هدف از تحلیل عددي حاضر، تعیین توزیع دما روي سطح صفحه سربی و یافتن راه-

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان

۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان

کاري براي جلوگیري از پدیده جوشش سیال خنک کننده میباشد که این امر با جایگزین کردن مکانیزم جابهجایی اجباري به جاي جابهجایی طبیعی قابل حصول است.

شکل .۱ حبابهاي ایجاد شده در سمت ستون حرارتی قلب راکتور تهران

-۲توصیف مسئله

راکتور تحقیقاتی تهران یک راکتور ۵مگاواتی از نوع استخري میباشد که از سوختهاي صفحهاي بهره میبرد و بـا جریان اجباري رو به پایین آب سبک خنک میشود. قلب راکتور از یک طرف به ستون حرارتی گرافیتی و از جهات دیگر توسط آب احاطه شده است که ستون حرارتی گرافیتی نقش فراهم کردن چشمهاي از نـوترونهـاي حرارتـی براي کاربردهاي پزشکی و بیولیژیکی را به عهده دارد. شکل )۲الف) و (ب) به ترتیب شـماتیک و شـکل واقعـی از ستون حرارتی قرار گرفته داخل استخر را نشان میدهد.[۱]

در این تحقیق شبیهسازي ۳بعدي جریان جابهجایی طبیعی بین صفحه سربی ستون حرارتی و دیـواره قلـب راکتـور انجام میشود. مدل CFD1 مسئله در شکل ۳ نشان داده شده است که شامل استخر، ستون حرارتی و دیـواره قلـب میباشد. قلبراکتور تقریباً در عمق ۸متري استخر و ستون حرارتی در فاصله۰/۰۱۳۳۲۵ m از دیواره قلب قرار دارد به طوري که کانال ایجاد شده بین قلب و ستون حرارتی داراي ارتفاع و عرض ۰/۹ m و ۰/۶۵ m میباشد.

Computational Fluid dynamic

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان

۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان

شکل.۲ الف) ساختار ستون حرارتی و قلب راکتور، ب) محل قرارگیري ستون حرارتی در

استخر راکتور تهران

شکل.۳ مدل CFD جریان جابهجایی طبیعی بین قلب و ستون حرارتی

در این مسئله، شبیهسازي با استفاده از نرمافزار فلوئنت [۲] انجام شده و به منظور نشان دادن استقلال حل از شـبکه محاسباتی، شبکههاي محاسباتی مختلفی مورد بررسی قرار میگیرد. در نهایت بـا بررسـی شـبکه هـاي محاسـباتی، شبکهي به اندازه کافی ریز شدهاي با تعداد ۳۵۴۶۷۷۰ نود محاسباتی براي حل عـددي در نظـر گرفتـه شـده اسـت.

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان

۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان

همچنین در این تحقیق از تقریب بوزینیسک براي جریان جابهجایی طبیعی و مدل توربولانسی (SST) k براي مدلسازي ترم توربولانسی استفاده شده است .[۳]
-۳ نتایج و بحث

در این شبیهسازي، صفحه سربی به ترتیب به ۵ ۱۳ ۱۳ بلوك سه بعدي در جهـت هـاي x، y و z تقسـیم بنـدي میشود (ابعاد باریکه سربی در جهتهاي x و y و z به ترتیب ۰/۱۲۷ ، ۰/۶۵ و ۰/۹ متر میباشد) که با استفاده از کد [۴MCNPX] تولید حرارت داخل هریک از این بلوكها به صـورت توابـع کسینوسـی و چندجملـهاي نسـبت بـه yمحاسبه میشود. توزیع توان در ۵ بلوك اول (دیواره گرم کانال) تحت شرایط کارکرد قلب با توان۵MW در شکل ۴ نشان داده شده است.