شبیه سازی ترموهیدرولیکی مولدهای بخار افقی در شرایط بهره برداری نرمال و حادثه

عنوان

                                                            صفحه

فصل اول – مقدمه …………………………………………………………………………………………………..

1

1-1 دسته بندی نیروگاه­های هسته­ای فعال ……………………………………………………………………………………

2

1-2 تولید بخار در نیروگاه­های هسته­ای ………………………………………………………………………………………….

3

1-2-1 تولید بخار مستقیم ………………………………………………………………………………………………………………

3

1-2-2 تولید بخار غیر مستقیم ………………………………………………………………………………………………………..

4

1-3 توصیفی از نیروگاه بوشهر …………………………………………………………………………………………………………

6

1-4 مولد بخار ………………………………………………………………………………………………………………………………….

10

1-5 اهمیت انجام تحقیق ………………………………………………………………………………………………………………..

15

1-6 هدف پژوهش ……………………………………………………………………………………………………………………………

18

فصل دوم – پیشینه­ی تحقیق ………………………………………………………………………………....

19

2-1 مطالعات پیرامون دسته­لوله­های افقی ………………………………………………………………………………………

20

2-1-1 مطالعات پیرامون رژیم­های جریانی ناشی از دسته لوله­ها …………………………………………………..

20

2-1-2 مطالعات پیرامون کسر حجمی بخار …………………………………………………………………………………….

23

2-1-3 مطالعات پیرامون افت فشار …………………………………………………………………………………………………

25

2-2 مطالعات پیرامون مدلسازی با استفاده از جسم متخلخل ………………………………………………………..

29

فصل سوم – تئوری ……………………………………………………………………………...…………………

34

3-1 محدودیت­ها و فرضیات مدل متخلخل در فلوئنت …………………………………………………………………..

36

3-2 چشمه­ی مومنتوم حاکم بر میدان جریان جسم متخلخل ……………………………………………………….

37

3-3 اصل دارسی در جسم متخلخل ………………………………………………………………………………………………..

39

3-4 ترم اینرسی در جسم متخلخل …………………………………………………………………………………………………

40

3-5 مدلسازی جریان آشفته در جسم متخلخل ………………………………………………………………………………

41

3-6 مدلسازی افت فشار ………………………………………………………………………………………………………………….

42

3-6-1 معادله­ی اِرگون …………………………………………………………………………………………………………………….

43

3-6-2 استفاده از معادلات تجربی …………………………………………………………………………………………………..

44

3-6-2-1 افت فشار ناشی از میدان جریان دسته لوله ……………………………………………………………………

45

3-6-3 استفاده از داده­های آزمایشگاهی …………………………………………………………………………………………

47

3-7 مدلسازی بر اساس سرعت فیزیکی ………………………………………………………………………………………….

48

3-8 اثر تخلخل در شرایط گذرا ……………………………………………………………………………………………………….

49

3-9 معادلات حاکم بر میدان جریان تکفاز ……………………………………………………………………………………..

49

3-10 معادلات حاکم بر میدان جریان دوفازی در جسم متخلخل…………………………………………………

51

3-11 روابط هندسی حاکم بر جسم متخلخل ………………………………………………………………………………..

55

3-12 الگوهای جریانی مایع و بخار ………………………………………………………………………………………………….     ر

55

3-13 نیروی درگ در فصل مشترک جریان دوفازی ………………………………………………………………………

57

3-14 ضریب درگ در فصل مشترک میدان جریان دوفازی حاکم بر دسته لوله …………………………..

57

3-15 نیروی برآ ……………………………………………………………………………………………………………………………….

61

3-16 نیروی جرم مجازی ………………………………………………………………………………………………………………..

63

3-17 تغییرات فاز در فصل مشترک جریان دوفازی ……………………………………………………………………….

64

3-18 چشمه­ی حرارتی ……………………………………………………………………………………………………………………

64

فصل چهارم – روش انجام تحقیق ……………………………………………………………………………

66

فصل پنجم – نتایج …………………………………………………………………………………………………

71

5-1 نتایج اعتبارسنجی ……………………………………………………………………………………………………………………

73

5-1-1 مسئله­ی شماره­ی1: بررسی پارامترهای ترموهیدرولیکی در مخرن انتقال حرارت باديواره­های فومی …………………………………………………………………………………………………………………………………………

73

5-1-1-1 شرح مسئله ……………………………………………………………………………………………………………………

73

5-1-1-2 بررسی تخلخل فوم ………………………………………………………………………………………………………….

76

5-1-1-3 بررسی تخلخل لوله­ی سوراخدار …………………………………………………………………………………….

77

5-1-1-4 بررسی ضرایب جسم متخلخل ………………………………………………………………………………………..

78

5-1-1-5 روش­های حل و شرایط مرزی………………………………………………………………………………………….

79

5-1-1-6 نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………………..

80

5-1-2 مسئله­ی شماره­ی 2 : مدل­سازی و تحلیل عددی جریان در بسترهای پر شده  از گوی با استفاده از جسم متخلخل ………………………………………………………………………………………………………………..

82

5-1-2-1 شرح مسئله …………………………………………………………………………………………………………………….

82

5-1-2-2 بررسی تخلخل گوی­ها در لوله ……………………………………………………………………………………….

88

5-1-2-3 بررسی ضرایب جسم متخلخل ……………………………………………………………………………………….

89

5-1-2-4 نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………………..

89

5-1-3 مسئله­ی شماره­ی3: شبیه سازی و پیش­بینی پارامترهای میدان جرياندر ريبويلر ……….

95

5-1-3-1 شرح مسئله ……………………………………………………………………………………………………………………..

95

5-1-3-2 فرضیات در نظر گرفته شده در تحلیل عددی ………………………………………………………………..

98

5-1-3-3 هندسه و شرایط مرزی ……………………………………………………………………………………………………

99

5-1-3-4 تخلخل …………………………………………………………………………………………………………………………….

103

5-1-3-5 محاسبه­ی ضرایب افت جسم متخلخل …………………………………………………………………………..

103

5-1-3-6 نتایج …………………………………………………………………………………………………………………………………

103

5-2 تحلیل پارامترهای ترموهیدرولیکی مولد بخار ………………………………………………………………………….

114

5-2-1 مسئله­ی شماره­ی1 : تحلیل پارامترهای ترموهیدرولیکی مولد بخارراکتورVVER1000 درشرايط کارکرد نرمال …………………………………………………………………………………………………………………….

114

5-2-1-1 شرح مسئله …………………………………………………………………………………………………………………….

114

5-2-1-2 تحلیل عددی …………………………………………………………………………………………………………………..

119

5-2-1-3 نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………………..

122

5-2-2 مسئله­ی شماره­ی 2: تحلیل پارامترهای ترموهیدرولیکی مولد بخار راکتورVVER440 درشرايط حادثه­ی از دست دادن آب تغذيه ……………………………………………………………………………………..

126

5-2-2-1 شرح مسئله ……………………………………………………………………………………………………………………..

126

5-2-2-2 تحلیل عددی ………………………………………………………………………………………………………………….

127

5-2-2-3 نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………………….

132

فصل ششم – جمع­بندی و نتیجه­گیری …………………………………………………..…………………

145

پیشنهادات ……………………………………………………………………………………..…………………….

148

منابع ………………………………………………..……………………………………………………………………

149

چکیده و عنوان انگلیسی

عنوان

                                                            صفحه

شکل 1-1شمای کلی نیروگاه هسته­ای BWR ………………………………………………………………………………

4

شکل 1-2 شمای کلی نیروگاه هسته­ای PWR ………………………………………………………………………………

5

شکل 1-3 مدار اولیه نیروگاه بوشهر و نحوه­ی قرار گیری مولد بخار نسبت به سایر اجزا اصلی ….

7

شکل 1-4 مولد بخار عمودی AP-1000 ………………………………………………………………………………………..

11

شکل 1-5 مولد بخار افقی PGV-1000MK …………………………………………………………………………………..

12

شکل 1-6 نحوه­ی قرار گیری مولد بخار عمودی نسبت به راکتور …………………………………………………

13

شکل 1-7 نحوه­ی قرارگیری مولدهای بخار افقی نسبت راکتور …………………………………………………….

13

شکل 2-1 الگوهای جریانی در جریان رو به پایین دسته لوله­های افقی ………………………………………..

22

شکل 2-2 الگوهای جریانی در جریان به سمت بالا در دسته لوله­های افقی ………………………………..

22

شکل 3-1 قطر و گام دسته لوله­ها در آرایش­های مختلف………………………………………………………………

55

شکل 3-2 نسبت ضریب درگ مرزی  و قطر ذرات پراکنده  در مقایسه با کسر حجمی

بخار جریان دوفازی درون دسته لوله در شرایط اتمسفریک ………………………………………..

59

شکل 3-3 مقایسه­ی میان کسر حجمی بخار در مدلهای مختلف نیروی درگ در فصل مشترک

               میدان جریان دوفازی در ریبویلر کتل با توان حرارتی …………………………..

62

شکل 4-1 فلوچارت نحوه­ی حل عددی فلوئنت ……………………………………………………………………………..

69

شکل 5-1 شماتیکی از مخزن …………………………………………………………………………………………………………

74

شکل 5-2 شمایی از هندسه­ی مخزن ……………………………………………………………………………………………

74

شکل 5-3 ناحیه­ی محاسباتی مخزن …………………………………………………………………………………………….

75

شکل 5-4 مقایسه­ی نتایج در حالت بدون فوم ………………………………………………………………………………

81

شکل 5-5 مقایسه­ی نتایج در حضور فوم با ضخامت 5/12 میلی متر ………………………………………….

81

شکل 5-6 مقایسه­ی نتایج در حضور فوم با ضخامت 25 میلی متر ………………………………………………

82

شکل 5-7 شماتیک آزمایش انجام شده برای لوله­های پر شده از گوی ……………………………………….

83

شکل 5-8 آرایش های گوی­ها در کانال ………………………………………………………………………………………..

85

شکل 5-9 شمایی از کانال ……………………………………………………………………………………………………………..

86

شکل 5-10 افت فشار بر حسب رینولدز در آرایش زیک زاک ……………………………………………………….

89

شکل 5-11 افت فشار بر حسب رینولدز در آرایش بعلاوه ………………………………………………………………

90

شکل 5-12 افت فشار بر حسب رینولدز در آرایش مثلثی …………………………………………………………….

90

شکل 5-13 افت فشار بر حسب رینولدز در آرایش شش ضلعی ……………………………………………………

91

شکل 5-14 ضریب انتقال حرارت بر حسب ورودی در آرایش زیک زاک ……………………………………..

92

شکل 5-15 ضریب انتقال حرارت بر حسب سرعت در آرایش بعلاوه ……………………………………………

92

شکل 5-16 ضریب انتقال حرارت بر حسب سرعت در آرایش مثلثی ……………………………………………

93

شکل 5-17 ضریب انتقال حرارت بر حسب سرعت در آرایش شش ضلعی …………………………………

93

شکل 5-18 مقایسه ی نتایج بدست آمده برای افت فشار به ازای اعداد رینولدز مختلف ……………

94

شکل 5-19 مقایسه ی نتایج بدست آمده برای ضریب انتقال حرارت در سرعت های ورودی

                 متفاوت……………………………………………………………………………………………………………………….

95

شکل 5-20 شمای کلی ریبویلر ……………………………………………………………………………………………………..

96

شکل 5-21 شمای کلی از ورود و خروج جریان از ریبویلر کتل ……………………………………………………

97

شکل 5-22 شمایی از دو آرایش مختلف از دسته لوله­ها در ریبویلر کتل …………………………………….

100

شکل 5-23 شمای شبکه­ی ریبویلر کتل و شرایط مرزی ……………………………………………………………..

102

شکل 5-24  افت فشار در شار حرارتی  10 …………………………………………………………………..

104

شکل 5-25  افت فشار در شار حرارتی  20 …………………………………………………………………..

104

شکل 5-26 افت فشار در شار حرارتی  30 …………………………………………………………………….

105

شکل 5-27 افت فشار در شار حرارتی  40 ……………………………………………………………………

105

شکل 5-28 کانتور پراکندگی کسر حجمی بخار در شار حرارتی  10 …………………………..

106

شکل 5-29 کانتور پراکندگی کسر حجمی بخار در شار حرارتی  30 …………………………..

107

شکل 5-30 کسر حجمی بخار شار حرارتی  10 در فاصله­ی بین ردیف 1 و 2 ……………

108

شکل 5-31 کسر حجمی بخار شار حرارتی  10 در فاصله­ی بین ردیف 4 و 5 ……………

108

شکل 5-32 کسر حجمی بخار شار حرارتی  10 در فاصله­ی بین ردیف 8 و 9 …………..

109

شکل 5-33  کسر حجمی بخار شار حرارتی  10 در فاصله­ی بین ردیف 13 و 14 …..

109

شکل 5-34  کسر حجمی بخار شار حرارتی  30 در فاصله­ی بین ردیف 1 و 2 ………….

110

شکل 5-35 کسر حجمی بخار شار حرارتی  30 در فاصله­ی بین ردیف 4 و 5 …………..

111

شکل 5-36  کسر حجمی بخار شار حرارتی  30 در فاصله­ی بین ردیف 8 و 9 ………..

111

شکل 5-37 کسر حجمی بخار شار حرارتی  30 در فاصله­ی بین ردیف 13 و 14 ……..

112

شکل 5-38 شمایی از قسمت بیرونی مولد بخار …………………………………………………………………………..

116

شکل 5-39 شمایی از قسمت داخلی مولد بخار ……………………………………………………………………………

117

شکل 5-40 شرایظ مرزی در تحلیل عددی مولد بخار ………………………………………………………………….

120

شکل 5-41 محل قرار گیری نازل­های آب تغذیه …………………………………………………………………………..

121

شکل 5-42 شبکه بندی مولد بخار ………………………………………………………………………………………………..

122

شکل 5-43 شمایی از نقاط مورد نظر برای اندازه­گیری کسر حجمی بخار ………………………………….

123

شکل 5-44 کانتور کسر حجمی بخار مولد بخار در مقطعی مشخص …………………………………………..

124

شکل 5-45  کانتور کسر حجمی بخار در مطالعه­ی ملیخوف و همکارانش ………………………………….

125

شکل 5-46  کانتور کسر حجمی بخار در مطالعه­ی حاضر ……………………………………………………………

125

شکل 5-47مولد بخار افقی در نیروگاه­های هسته­ای VVER440……………………………………………….

126

شکل 5-48 دمای خنک کننده در کلکتور گرم …………………………………………………………………………..

129

شکل 5-49نرخ جریان خنک کننده …………………………………………………………………………………………..

130

شکل 5-50نرخ جریان آب تغذیه ………………………………………………………………………………………………….

130

شکل 5-51 شمایی از شبکه­ی مولد بخار نیروگاه VVER440 ……………………………………………………..

131

شکل 5-52شرایط مرزی تحلیل عددی کولد بخار VVER440 ………………………………………………….

132

شکل 5-53روند تغییرات فشار مطلق …………………………………………………………………………………………..

133

شکل 5-54روند تغییرات سطح جریان ………………………………………………………………………………………..

133

شکل 5-55کسر حجمی بخار در لحظه­ی شروع حادثه در پژوهش استوانوویچ و همکاران…………

134

شکل 5-56 کسر حجمی بخار در لحظه­ی شروع حادثه با توجه به پژوهش حاضر ……………………..

134

شکل 5-57کسر حجمی بخار در ثانیه­ی 200 با توجه به پژوهش استوانوویچ و همکاران …………

135

شکل 5-58کسر حجمی بخار در ثانیه­ی 200 با توجه به پژوهش حاضر …………………………………..

135

شکل 5-59کسر حجمی بخار در ثانیه­ی 400 با توجه به پژوهش استوانوویچ و همکاران …………

136

شکل 5-60کسر حجمی بخار در ثانیه­ی 400 با توجه به پژوهش حاضر …………………………………….

136

شکل 5-61کسر حجمی بخار مولد بخار در شروع حادثه ……………………………………………………………..

137

شکل 5-62فشار مولد بخار در شروع حادثه …………………………………………………………………………………

137

شکل 5-63کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 100 ……………………………………………………………

138

شکل 5-64فشار مولد بخار در ثانیه­ی 100 …………………………………………………………………………………

138

شکل 5-65 کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 200 ……………………………………………………………

139

شکل 5-66فشار مولد بخار در ثانیه­ی 200 …………………………………………………………………………………

139

شکل 5-67 کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 300 ……………………………………………………………

140

شکل 5-68 فشار مولد بخار در ثانیه­ی 300 ……………………………………………………………………………….

140

شکل 5-69 کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 400 …………………………………………………………..

141

شکل 5-70 فشار مولد بخار در ثانیه­ی 400 ………………………………………………………………………………..

141

شکل 5-71 کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 500 …………………………………………………………..

142

شکل 5-72 فشار مولد بخار در ثانیه­ی 500 ……………………………………………………………………………….

142

شکل5-73 کسر حجمی بخار مولد بخار در ثانیه­ی 600 ………………………………………………………….

143

شکل 5-74 فشار مولد بخار در ثانیه­ی 600 ……………………………………………………………………………….

143

عنوان

                                                            صفحه

جدول 1-1 مشخصات کلی راکتورهای تجاری موجود در جهان تا پایان سال 2013 میلادی….

2

جدول 5-1 مشخصات فوم …………………………………………………………………………………………………………..

76

جدول 5-2 مشخصات لوله­ی سوراخدار ……………………………………………………………………………………..

77

جدول 5-3 مشخصات لوله­ی ورودی …………………………………………………………………………………………

79

جدول 5-4 مشخصات جریان­های ورودی ………………………………………………………………………………….

79

جدول 5-5 روش ها و شرایط مورد استفاده برای حالت آشفته ………………………………………………..

80

جدول 5-6  انواع آرایش­ گوی­ها در کانال ………………………………………………………………………………….

84

جدول 5-7 مشخصات سیال کاری …………………………………………………………………………………………….

86

جدول 5-8 مشخصات آرایش­های 1 و 2 …………………………………………………………………………………..

101

جدول 5-9 شرایط مرزی حاکم بر تحلیل عددی ………………………………………………………………………

102

جدول 5-10 مشخصات مولد بخار VVER1000 …………………………………………………………………………………….

118

جدول 5-11 نقاط معیار اندازگیری کسر حجمی بخار ……………………………………………………………….

123

جدول 5-12 مقایسه­ی کسر حجمی بخار بدست آمده  با نتایج آزمایشگاهی و عددی ……………

124

جدول 5-13 مشخصات مولد بخار راکتور VVER440 …………………………………………………………………………

127

جدول 5-14 فاصله­ی زمانی حوادث در نظر گرفته شده ……………………………………………………………

129

فهرست علائم

ضریب اینرسی

ضریب درگ

قطر لوله

متوسط قطر حباب

نیروی برآ

نیروی کار مجازی

شتاب گرانش

آنتالپی مایع اشباع

آنتالپی بخار اشباع

تقاوت آنتالپی فاز گاز و مایع

طول

انتقال جرم از فاز pبه فاز q

نرخ جریان جرمی بخار

گام دسته لوله

شار حرارتی

انتقال حرارت از فاز جامد به فازp

نیروی درگ بین فازی

چشمه

زمان

دما

سرعت مایع

سرعت بخار

علائم یونانی

نفوذ پذیری

کسر حجمی مایع

کسر حجمی بخار

چگالی مایع

چگالی بخار

لزجت دینامیکی

کشش سطحی

افت فشار مایع ناشی از دسته لوله­ها

افت فشار بخار ناشی از دسته لوله­ها

نرخ انتقال جرم در میعان

نرخ انتقال جرم در تبخیر

زمان آسایش میعان

زمان آسایش تبخیر

تخلخل