۱ مقدمه:

پیله ور و همکاران [۱]جریان سیال در راکتورهایی با سوخت کروي را با استفاده از روش فضاي متخلخل مدل کرده اند. ظریفی و همکاران[۲]استفاده از نانوسیال در قلب راکتور بوشهر را بوسیله روش فضاي متخلخل بررسی کردهاند. آنها در این پژوهش هر مجتمع سوخت را به صورت یک ناحیه با خواص فضاي متخلخل در نظر گرفته و ویژگیهاي انتگرالی جریان را محاسبه نمودهاند.چاهلافی و همکاران [۳]کاربردي از روش فضاي متخلخل در شبیه سازي سیستمآبرسانی در راکتورهاي هسته ایرا بررسی کرده اند. اوکیل و همکاران[۴]روش فضاي متخلخل را بر روي راکتور PBMR اعمال نموده اند.فوزیماوا و همکاران[۵]نقش تخلخل را در ترموهیدرولیک راکتور-UHT GC را بررسی کرده اند.چندسریز[۶]و همکاران با استفاده از مدل اغتشاشات در فضاي متخلخل جریان در لوله ها، کانال ها و دسته لوله ها را مورد بررسی قرار داده اند.ریکاردي[۷] و همکاران با استفاده از مدل فضاي متخلخل قلب یک راکتور PWR را از نظر ترموهیدرولیکی بررسی کردهاند.یان ئیژو[۸]روش فضاي متخلخل را براي شبیه سازي راکتورهاي هسته اي بکار برده است.

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

در این پژوهش با استفاده از روش فضاي متخلخل رفتار ترموهیدرولیکی راکتور MNSR مورد بررسی قرار می-گیرد. براي این منظور قلب راکتور شامل میله هاي سوخت و خنک کننده به عنوان فضاي متخلخل در نظر گرفته میشود. شبیه سازي به روش فضاي متخلخل در دو مرحله صورت میپذیرد. ابتدا پارامترهاي مورد نیاز براي در نظر گرفتن قلب به عنوان فضاي متخلخل محاسبه می شود. این مرحله “مدلسازي هندسه پیچیده” نامیده میشود. در مرحله بعد قلب به عنوان فضاي متخلخل در نظر گرفته شده و جابجایی آزاد درون راکتور (شامل قلب و مخزن) مورد تحلیل قرار میگیرد. این مرحله “مدلسازي هندسه کلی” نامیده میشود.

-۲ روش فضاي متخلخل و معادلات حاکم

فضاي متخلخل یا به اصطلاح پروس مدیا به صورت کلی به مادهاي که شامل زمینه جامد با حفره هاي به هم متصل باشد، اطلاق میشود. در مدل پروس مدیا میدان جریان در هر نقطه در مقیاس میکروسکوپی حل نمیشود و به جاي آن میدان جریان متوسطگیري شده فضایی تعیین میشود. اثر پروس مدیا بر روي جریان متوسط به وسیله ترمهاي اضافی تحت عنوان مقاومت جریان در معادله مومنتوم اثر داده میشود. این ترمها با استفاده از مدلهاي فیزیکی تعمیم یافته دارسیبصورت زیر محاسبه میشوند:[۹]
(۱) این رابطه سرعت متوسط و افت فشار را به هم ربط میدهد تا فضاي متخلخل را مدل کند. عبارت نفوذ پذیري

_ تانسور مرتبه دومی است که تنها به هندسه محیط متخلخل بستگی دارد و ثابت بیبعد مربوط به ضریب دراگ است. مدلسازي فضاي متخلخل با استفاده از چشمه مومنتوم در معادلات ناویر استوکس انجام میشود:

(۲) عبارت مربوط به چشمه است . عبارات _ و _
که در این رابطه بترتیب، فاکتور مقاومت ویسکوز و فاکتور
مقاومت اینرسینامیده میشوند.انتقال حرارت در ناحیه متخلخل به صورت زیرمدل میشود:
(۳) میزان تخلخل پروس مدیا، رسانندگی
که در این رابطه انرژي کل سیال، انرژي کل فضاي جامد،
حرارتی مؤثر محیط، عبارت مربوط به چشمه آنتالپی است.رسانندگی حرارتی مؤثر در پروس مدیا، ، به

صورت متوسط حجمی رسانندگی حرارتی سیال و رسانندگی حرارتی جامد به صورت زیر محاسبه میگردد:

(۴)

در این رابطه میزان تخلخل محیط، رسانندگی حرارتی فاز سیال و رسانندگی حرارتی فاز جامد است.

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

-۱-۲ شبیه سازي مرحله اول

شکلهاي ۱ و ۲ بترتیب شماتیکی از هندسه راکتور MNSRو جزئیات شبکه بندي قلب آن نشان داده شده است. شبکه بندي براي مشهاي با اندازه هاي ریز تر نیز انجام شد که تاثیري در همگرایی نداشت. تورم در نزدیکی مرزها به خوبی اعمال شده است تا اثر دیواره مورد بررسی قرار گیرد. تعداد مشها براي هندسه قلب (شامل ۳۵۵ میله سوخت) نزدیک به دو میلیون سلول میباشد.

شکل -۱ جزئیات شبکه بندي در اطراف میله شکل -۲ جزئیات هندسه قلب راکتور هاي سوخت

-۲-۲ چگونگی محاسبه پارامترهاي فضاي متخلخل

خواص فضاي متخلخل توسط ترم چشمه اضافی به معادلات بقاي مومنتوم اعمال میشود. این ترم اضافی توسط معادله ۲ محاسبه میگردد. اغتشاشات القایی از پروس مدیا در مدل پروس مدیا در نظر گرفته نشده است. این سادهسازي ممکن است منجر به انرژي جنبشی و ویسکوزیته اغتشاشات پایین تر شود زیرا معادله مربوط به انرژي جنبشی پروس مدیا در مدل اغتشاشات − استاندارد شامل ترمی مربوط به اغتشاشات القایی از پروس مدیا نمیشود. بنابراین، نتایج بدست آمده در این قسمت، ممکن است آهنگ جابجایی جریان بالاتري را ارائه کند و در نتیجه اختلاف دما کاهش یابد.