۱مقدمه

در راکتورهای آبی سیال کاری، نقش دوگانه ی خنک کننده و کند کننده را دارد. انتقال حرارت دائم ازمیله های سوخت راکتورهسته ای می بایست بگونه ای باشد که دمای سطح میله سوخت همواره درمحدوده ایمن قرار گیرد. یکی ازمهمترین چالشهای طراحی راکتورها از نقطه نظرایمنی و کارکرد ایمن آنها، شناخت صحیح رفتار ترموهیدرولیکی سیال در عبور از دسته میله های سوخت می باشد. بررسی پارامترهای ترموهیدرولیکی از قبیل دمای سیال در نقاط مختلف کانال سوخت، سرعت و نحوه توزیع سرعت در کانال، افت فشار و محاسبه توان مورد نیاز پمپ جهت به گردش در آوردن سیال خنک کننده نقش کلیدی در طراحی یک مجموعه سوخت با کارایی حرارتی بالا دارد. لذا بدون داشتن اطلاعات جامع در این زمینه، توانایی راکتور در انتقال حرارت ایمن به صورت بایسته و شایسته قابل پیش بینی نخواهند بود و نیز حاشیه های ایمنی راکتور مجهول خواهند ماند. تاکنون روشهای متفاوتی برای تحلیل رفتار ترموهیدرولیکی سیال خنک کننده حین عبور از مجموعه سوخت هسته ای بکار گرفته شده است که می توان به روشهای تحلیلی، تجربی و روشهای عددی اشاره کرد .[۴-۱] در اغلب موارد ترکیب روشهای عددی و تجربی با یکدیگر اطلاعات بسیار مهمی به طراحان و شرکتهای

۸۲۳

سازنده مجموعه میله های سوخت می دهد. با توجه به رشد گسترده کدهای محاسباتی هسته ای و همچنین پیشرفتهای اخیر در زمینه قدرت محاسباتی کامپیوترهای، روشهای تحلیلی مبتنی بر محاسبه عددی مورد علاقه مهندسان و طراحان سوخت های هسته ای قرار گرفته است. در این تحقیق ساختار جریان سیال و مشخصه های انتقال حرارت مجموعه سوخت نیروگاه بوشهر که از نوع VVER-1000 می باشد مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با شبیه سازی مونت کارلو قلب راکتور توسط کد MCNP و انجام محاسبات نوترونیک، توان تولیدی در میله های سوخت موجود در کانال مورد نظرمحاسبه شده است.

شکل -۱ طرحواره مدار حرارتی یک راکتور آبی تحت فشار

.۲ شبیه سازی نوترونیک ترموهیدرولیک

به منظور شبیه سازی توامان نوترونیک – ترموهیدرولیک مجموعه سوخت نیروگاه بوشهر، دامنه محاسباتی و پارامترهای مدلسازی نظیر هندسه و چینش مجتمع های سوخت و درصد غنای میله های سوخت و همچنین شرایط مرزی با توجه به اطلاعات ارایه شده در PSAR نیروگاه اتمی بوشهر انتخاب شده است. ابتدا یک ششم قلب راکتور توسط کد MCNP مدل سازی شد (شکل.(۲ سپس تحلیل ترموهیدرولیکی مطابق دامنه محاسباتی نمایش داده شده در شکل ۳ انجام گرفت. قطر میله های سوخت ۹/۱ میلیمتر و فاصله مرکز تا مرکز میله های سوخت براربر ۱۲/۳ میلیمتر می باشد. همچنین ضخامت شبکه نگهدارنده سوخت با توجه به ابعاد مدل واقعی معادل ۰/۵ میلی متر در نظر شده است. آب تحت فشار ۱۵/۵ مگا پاسکال به عنوان سیال خنک کننده، حرارت ایجاد شده در میله های سوخت را جذب می کند. رژیم جریان کاملا آشفته است و با توجه به تقارن فیزیکی موجود در محل قرارگیری میله های سوخت، هفت میله سوخت مدل سازی شده است. در ورودی دامنه

۸۲۴

محاسباتی، سرعت سیال خنک کننده مقدار ثابت معادل ۵/۶ متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است و در مرز خروجی گرادیان کلیه متغیر ها نسبت به راستای میله های سوخت صفر می باشد. در مرز میله ها قانون دیواره برقرار شده است. تعداد نقاط شبکه نهایی برای به منظور مستقل بودن جواب از شبکه در معادل ۲/۳ میلیون گره است. شکل۳ فلوچارت محاسبات MCNP و ANSYS را نمایش میدهد. با انجام محاسبات نوترونیک توسط کد MCNP و استفاده از تالی های مناسب (تالی (F6 و انجام محاسبات، مقدار گرمای تولیدی در هر میله سوخت محاسبه شد. با استفاده از مقدار بدست آمده شار گرمایی در سطح میله سوخت، برای هر هفت میله سوخت محاسبه شده و به عنوان شرط مرزی گرمایی به نرم افزار CFX وارد شد. بعد از انجام محاسبات مقدار دما در سطوح مختلف کانال بدست آمد و با استفاده از دماهای بدست آمده برای سوخت و سیال خنک کننده، چگالی ها و سطوح مقاطع نوترونی متناظر با این دماها محاسبه شد و به عنوان ورودی کد MCNP وارد محاسبات نوترونیک گردید. این روند تا آنجا ادامه یافت که یک همگرایی در دماها و چگالی ها حاصل شد.