0545 969 90 76
tren
Sosyal Medya Hesaplarımız

Güvenlik için Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu

02 Şubat 2021
276 kez görüntülendi
Güvenlik için Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu

Tuz soğutmalı reaktör simülasyonu ve güvenlik için tasarım konusunda hazırlanan bu makale, bir Ansys Advantage Dergisi yazısıdır. Dünya giderek daha fazla elektriğe güveniyor ve nükleer enerji karbonsuz bir güç kaynağı. Mevcut teknolojiyi geliştirmek için Kairos Power, düşük basınçlı, yüksek sıcaklıklı bir nükleer enerji reaktörü için ısı taşıma sistemini geliştirmek üzere Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ve yapısal simülasyon çözümleri kullanır.

Güç talebi arttıkça, düşük karbonlu kaynaklardan üretilen elektrik, küresel elektrifikasyona geçişte güçlü bir rol oynuyor. Kömür ve doğal gazla çalışan termik santraller, CO2 ve diğer sera gazı emisyonlarını ortadan kaldırmak veya azaltmak için en iyi iyileştirme fırsatı sunar. Tüketici ve sanayi şirketleri, araçlara güç sağlamak ve binaları ve çok çeşitli diğer sistemleri küçük karbon ayak izi kaynaklarını kullanarak ısıtmak ve soğutmak için elektriği elde etmeye çalışıyor. Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu konusunda profesyonel bilgiler verilecektir.

Ansys CFD, KP-FHR ara ısı eşanjörünün bükülmüş borularının tasarımını etkinleştirdi ve reaktör çekirdeğinin tasarımına ilişkin bilgi sağladı.

İşte burada nükleer enerji devreye giriyor. Şu anda elektrik üretiminin% 20’sini temsil eden nükleer santraller karbonsuzdur. Nükleer reaktörler çalışırken hava kirliliği veya karbondioksit üretmezler, bu nedenle dünyanın karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olabilirler. Yeni nükleer reaktör teknolojisi, etkiyi daha da büyütme potansiyeline sahiptir.

Gezegenin 450 nükleer güç reaktörünün% 96’sı su soğutmalı. Çoğu yaklaşık 315 C’de çalışır ve suyun buharlaşmasını ve ısı transfer kapasitesini kaybetmesini önlemek için yüksek basınca ihtiyaç duyar.

Güvenliği, verimliliği, sürdürülebilirliği ve maliyeti iyileştirmek için, gelişmiş reaktör teknolojisinin entegre tasarımına, lisanslanmasına ve gösterilmesine odaklanan Kairos Power, ticari şebeke elektrik üretimi için benzersiz, dördüncü nesil gelişmiş bir nükleer reaktör geliştiriyor. Şirketin düşük basınçlı, yüksek sıcaklıklı Kairos Power Florür Tuzla Soğutmalı Yüksek Sıcaklık Reaktörü (KP-FHR) sistemi, su soğutmalı teknolojiyle ilişkili riskleri azaltır ve sıfıra yakın bir karbon ayak izine sahiptir.

KP-FHR, erimeden 1.600 C’ye kadar yüksek sıcaklıklara dayanabilen ve ısı değişim işleminde su yerine florür tuzu soğutucu kullanan, çevresinde kaplamalı bir uranyum çekirdeği olan üç yapılı izotropik (TRISO) yakıt parçacıklarından yararlanır. Erimiş tuz, 500 C ile 1.400 C arasında basınçlandırma olmadan sıvı kaldığından, aşırı sıcaklıklarda üstün ısı transfer kabiliyeti sağlar. KP-FHR, küresel yakıt çakıllarından ısıyı erimiş tuza bırakır ve ısı eşanjörüne aktarır. Isı eşanjörünün bükülmüş eliptik boru geometrileri, sürtünme kayıplarında marjinal bir artışla ısı transferini iyileştirir, bu da daha düşük ısı eşanjörü hacmi ve daha düşük işletme maliyeti anlamına gelir.

packed pebble reactor core
Paketli çakıl reaktör çekirdeği, TRISO yakıt parçacıklarını kullanır.

Kairos Power, KP-FHR ara ısı eşanjörünün tasarımını karakterize etmek için Ansys Fluent kullanıyor. Kairos Power, simülasyon sayesinde tasarım yinelemelerinin sayısını azalttı, fiziksel testlere kıyasla maliyetleri düşürdü ve genel geliştirme süresini kısalttı.

Şirket, hem güvenlikle ilgili hem de güvenlikle ilgili olmayan sistemlerin tasarımını bilgilendirmek için Ansys teknolojisini benimsemiştir, çünkü Ansys, ASME’nin Nükleer Kalite Güvencesi-1’i (NQA- 1) ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu (NRC) tarafından onaylanan gereksinimler.

Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu
Anlık akış hızını gösteren Ansys Fluent simülasyonu
ansys fluent simulation coefficient
Ortalama yüzey ısı transfer katsayısının dış hatlarını gösteren Ansys Fluent simülasyonu

ZOR HESAPLAMALAR İÇİN GÖZENEKLİ ORTAM MODELLEME

Erimiş tuzun rastgele paketlenmiş bir çakıl yataklı reaktör çekirdeğinden aktığı KP-FHR gibi bir sistemde akış ve ısı transferi özelliklerini analiz etmek zordur. Diğer Fluent özelliklerinin yanı sıra, mühendisler, sıcaklık dağılımını hesaplama dahil olmak üzere reaktör çekirdeği için ilk tasarım yinelemelerinde gözenekli ortam modellemesini kullandılar. Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu ile mükemmel tasarımlar elde edilebilir.

Çekirdekteki çok sayıda çakıl taşı olduğundan, akış ve sıcaklık alanlarının başka herhangi bir şekilde modellenmesi, muazzam sayıda hesaplama hücresi ve gerçekleştirilemez hesaplama gücü gerektirecektir. Fluent’teki gözenekli ortam modelleme yeteneklerini kullanarak, mühendisler makul sayıda ağ hücresi ile tam reaktör kabının yerel bir denge modelini oluşturdu. Sonuç olarak, reaktör çekirdeğinin çeşitli yerlerindeki yakıt, erimiş tuz ve iç yapıların sıcaklıklarını hesaplayabildiler. Nümerik analiz konusunda daha detaylı bilgi için ‘Nümerik Analiz Nedir?‘ makalemizi okuyabilirsiniz.

BASINÇ DÜŞMESİNİ SİMÜLASYON, ISI TRANSFER KATSAYISI

KP-FHR reaktör sisteminin indirgenmiş düzen modellemesini bilgilendirmek için, mühendisler özellikle açık paketlenmiş çakıl yataklı çekirdekteki basınç düşüşü ve ısı transfer katsayısı değerlerini analiz etmekle ilgilendiler.

Çoğunlukla, önceki deneylerden elde edilen korelasyonlar, özellikle Reynolds sayı aralıkları benzer olduğunda kullanılabilir. Ancak bu durumda, yüksek Prandtl sayısına sahip erimiş tuzun farklı özellikleri nedeniyle gaz soğutmalı reaktörlerden gelen ısı transferi korelasyonları kullanılamaz. Bunun yerine simülasyon, Kairos Power mühendislerinin çevik tasarım sürecinin zorlu zaman çizelgesini karşılamak için ihtiyaç duydukları bilgilere daha hızlı ulaşmaları için bir yol sağladı.

Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu
Burulmuş borulu bir ısı eşanjörü, daha iyi ısı transferi sağlar ve işletme maliyeti daha düşüktür.

BİR TASARIM DİĞERLERİ ETKİLİYOR

Bu kadar karmaşık ve risk altında olan bir tasarıma sahip olan Kairos Power, bükülmüş eliptik boruyu test etmek için güvenilir bir yönteme de ihtiyaç duyuyordu.

Ansys Fluent’te Mozaik etkin ağ oluşturma teknolojisini kullanan mühendisler, bükülmüş bir tüp demetinden bir ağ oluşturdu ve ardından sonuçları deneysel korelasyonlarla karşılaştırdı. Paralel ağ oluşturma işlemi, Kairos Power mühendislerinin daha önce kullandığı diğer ağ oluşturma yazılımlarına kıyasla sekiz kat daha hızlı ve daha az kullanıcı girdisiyle yüksek kaliteli bir ağ üretti.

Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu
Kairos Power, simülasyon sayesinde tasarım yinelemelerinin sayısını azalttı, fiziksel testlere kıyasla maliyetleri düşürdü ve genel geliştirme süresini kısalttı.

Akışkan bükülmüş eliptik boru simülasyonlarından elde edilen basınç düşüşü değerleri sadece bükülmüş eliptik boru tasarımını etkilememiştir; ayrıca pompa dahil diğer bileşenler için tasarım gereksinimlerini de artırdılar. Ek olarak, reaktör çekirdeğindeki sıcak ve soğuk noktaları belirleyerek, simülasyon, mühendislerin yapısal malzemelerin bütünlüğünü iyileştirmesini sağladı. Son olarak, Fluent’in ölçeklendirme yetenekleri, Kairos Power’ın daha küçük ölçekli geometriler üzerinde hızlı yinelemeli testler yapmasına olanak tanıdı ve araştırma bütçesini optimize ederken tasarım değerlendirmelerini hızlandırdı.

Kairos mühendislerinin deneyler yoluyla veri toplama yetenekleri sınırlıdır, ancak Ansys simülasyonları ile yerel koşulları daha iyi anlamak için ayrıntılı, uzamsal olarak çözümlenmiş verileri çıkarabilirler.

DAHA HIZLI TASARIM, DAHA HIZLI DEĞERLENDİRME

KP-FHR’nin yüksek sıcaklık aralığı verimlilik vaat ediyor; ancak, aynı zamanda tasarım zorlukları da yaratır. Kairos, prototip ve vekil akışkanlar kullanarak ölçekli testlerde hızlı yinelemeyi vurgulayan bir tasarım stratejisine sahiptir. Ansys, şirketin hızlı tasarım / inşa / test yinelemelerimizde tasarımı hızlandırmasını ve ölçeklendirme bozulmalarını anlamasını ve ek anlayış elde etmesini sağlar. Kairos mühendislerinin deneyler yoluyla veri toplama yetenekleri sınırlıdır, ancak Ansys simülasyonları ile yerel koşulları daha iyi anlamak için ayrıntılı, uzamsal olarak çözümlenmiş verileri çıkarabilirler. Tuz Soğutmalı Reaktör Simülasyonu ile daha hızlı tasarım ve daha hızlı değerlendirme mümkün.

ansys fluent transient simulation
Burulmuş tüp için hız büyüklüğü konturlarını gösteren Ansys Fluent geçici simülasyonu

Sonuçta, Akışkan ve Mekanik, mühendislerin şunları anlamasına yardımcı oldu:

  • Geometri ve akış koşullarının bükülmüş eliptik boru tasarımı üzerindeki etkileri
  • Alan genelinde sıcak / soğuk noktalar
  • Termal tabakalaşma
  • Bükülmüş eliptik tüp demetlerinin sayısı arttıkça ölçek büyütme davranışı
  • Bitki ölçeğinde bir ısı eşanjörü nasıl modellenir

Kairos Power’ın tasarım, modelleme ve testler arasındaki hızlı yinelemesi, iyileştirilmiş risk yönetimi yetenekleri ve yüksek riskli sorunların erken tanımlanmasını sağladı.

KP-FHR henüz ticarileştirme aşamasına gelmemiş olsa da, Ansys simülasyon yazılımı tasarım değerlendirmelerini hızlandırdı, testlerde hızlı yineleme sağladı ve teknoloji geliştirme riskinin azaltılmasına yardımcı oldu.

By Fatih Sinan Sarikurt, CFD & Thermal Fluids Engineer, Kairos Power, Alameda, U.S.A.

Yazının orijinal haline ulaşmak için tıklayınız.

ZİYARETÇİ YORUMLARI

Ziyaretçilerimiz tarafından yapılan yorumlar

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.

BİR YORUM YAZIN

Bu konu hakkındaki görüşünüzü belirtmek ister misiniz?