پایان نامه با کلید واژه های شبیه سازی، تقسیم بندی، ایالات متحده

84800
شکل 4-9 : شماتیک ابعاد میله سوخت معمولی (بالا) و میله سوخت حلقوی جهت مقایسه دو میله سوخت با توجه به جدول 4-13 .
4-3-1 – ملاحظات طراحی از نظر کمبود25 و اضافی کندکننده26
نوترون هایی که از شکافت حاصل می شوند، پر انرژی هستند و برای انجام شکافت بعدی و تداوم واکنش شکافت زنجیره ای باید کند شوند که این کار با برخورد نوترن های پر انرژی با اتم های هیدروژن کند کننده ( در این راکتور خنک کننده و کند کننده یکی هستند) انجام می شود.
در یک راکتور، منفی بودن ضریب دمایی کند کننده راکتیویته قلب ، بوسیله بودن قلب در ناحیه کمبود کند کننده یا به عبارتی دیگر Under Moderated بودن قلب، حاصل میشود. در زیر Under Moderated و Over Moderated قلب توضیح داده می شود[4].
1- Under Moderation : در این حالت آب کافی برای کند کردن همه نوترون های حاصل از شکافت وجود ندارد ، در این حالت هرچند مقداری از نوترون ها غیر مفید واقع می شوند ولی یک مزیت بزرگ وجود دارد و آن این است که وقتی آب گرم می شود ، مثلا در شرایط افزایش ناگهانی توان راکتور، چگالی آب کم می شود و این باعث می شود که تعداد برخوردهایی که منجر به کند شدن نوترون ها می شود کمتر شود و این خود دو نتیجه را در پی دارد:
الف : متوسط انرزی نوترون ها افزایش میابد.
ب : تعداد بیشتری نوترون بدون برخورد راکتور راترک میکنند.
این دو نتیجه باعث می شود که تعداد نوترون کمتری شکافت زنجیره ای را ادامه دهد که باعث کاهش سطح توان راکتور می شود و باعث می شود که افزایش ناگهانی توان خنثی شود.
بنابراین Under Moderated بودن قلب باعث منفی بودن ضریب دمایی کند کننده راکتیویته قلب می شود، یعنی با افزایش دمای کند کننده توان کاهش میابد.
2- Over Moderation : در این حالت آب به مقدارکافی برای کند کردن همه نوترون های حاصل از شکافت وجود دارد ، با افزایش دمای آب ، مثلا در شرایط افزایش ناگهانی توان راکتور، هرچند چگالی آب کم می شود ولی مقدار زیاد آب باعث می شود که عملا خللی در کند شدن نوترون ها ایجاد نشود و باعث می شود که توان راکتور بالاتر رود که ممکن است به ذوب شدن میله های سوخت راکتور بیانجامد، در ایالات متحده کمیسیون انرژی اتمی مجوز ساخت به راکتورهایی که دارای این خصوصیت باشند را نمی دهد.
در شکل 4-10 تفاوت بین Under Moderated بودن و Over Moderated بودن قلب به صورت شماتیک نشان داده شده است.
محور افقی مقدار آب را نشان می دهد که این مقدار عبارتند از (N_m V_m)/(N_f V_f ) ،که N وV به ترتیب دانسیته و حجم هستند و اندیس های m و f به ترتیب بیانگر کند کننده و سوخت هستند. به عبارت دیگر نسبت بالا ، نسبت جرم کند کننده به جرم سوخت موجود در قلب رانشان می دهد. اگر نسبت بالا از یک مقدار M، کمتر باشد قلب Under Moderated است و آنگاه با افزایش دمای کند کننده (خنک کننده ) مقدار Nm کاهش یافته(چون چگالی آب با افزایش دما کاهش میابد)و با توجه به توضیحات قسمت 1 در بالا، کند کنندگی افت پیدا می کند. اگر نسبت بالا از یک مقدار M بیشتر باشد، قلب Over Moderated است[4].
شکل 4-10: تفاوت بین Under Moderated و Over Moderated بودن قلب[5].
مقدار M برای راکتور های مختلف متفاوت است و یکی از پارامترهای طراحی می باشد که در انجام مراحل طراحی قلب راکتور به صورت سعی و خطا بدست می آید، به گونه ای که در طراحی قلب راکتور، بهینه ترین حالت طراحی قلب برگزیده می شود به گونه ای که ضمن داشتن شرایط بحرانیت ضریب دمایی کند کننده راکتیویته مقداری منفی باشد. برای مطالعه بیشتر خواننده می تواند به کتاب مقدمه ای برتئوری راکتور هسته ای نوشته J.R. Lamarsh
فصل 9 مراجعه نمایید. باتوجه به اطلاعات موجود در جدول 4-13، نسبت (N_m V_m)/(N_f V_f ) برای قلب راکتور مرجع و قلب پیشنهادی شبیه سازی شده، در جدول 4-14 آورده شده است.
جدول 4-14 : نسبت ((N_m V_m)/(N_f V_f )) برای قلب راکتور مرجع و قلب راکتور با سوخت های حلقوی.
قلب راکتور
کمیت
مقدار
راکتور VVER-1000 بوشهر
(Mass of moderator)/(Mass of fuel)
0.34
راکتور VVER-1000 با سوخت های حلقوی
(Mass of moderator)/(Mass of fuel)
0.32
با توجه به توضیحات بالا و با توجه به اینکه قلب راکتور مرجع Under Modereted است و مقدار (N_m V_m)/(N_f V_f ) مربوط به آن در جدول 4-14 محاسبه شده لذا مقدار(N_m V_m)/(N_f V_f ) قلب شبیه سازی شده باید دارای اندازهای کمتر از 0.34 داشته باشد تا حائز شرایط Under Moderated بودن باشد. که همانطور که در جدول 4- 14 محاسبه شده است مقدار(N_m V_m)/(N_f V_f ) قلب شبیه سازی شده برابر 0.32 است ، لذا قلب شبیه سازی شده Under Moderated می باشد.
4-3-2- نحوه اعمال تغییرات دمایی سیال خنک کننده در راستای محوری در شبیه سازی قلب
در قلب راکتور استوانه ای، شکل توزیع شار نوترون در راستای محوری به صورت یک توزیع کسینوسی می باشد. بنابراین در حین حرکت سیال خنک کننده در راستای قائم توزیع دمای سیال نیز به تبعیت از آن متغییر خواهد بود.
بنابراین هنگام ایجاد کد برنامه، باید به تغییرات دمای سیال در راستای ارتفاع دقت شود زیرا که به تبعیت از تغییرات دمای سیال چگالی خنک کننده نیز تغییر کرده و رفتار نوترونیک دستخوش تغییر خواهد شد. حال برای در نظر گرفتن چنین امری در ادامه شاهد چگونگی اعمال آن به برنامه خواهیم بود. ابتدا نوع توزیع دمای سیال را در راستای محوری به دست می آوریم. برای سوخت، حرارت تولید شده در واحد حجم، q^”’ (z)، در راستای محوری مطابق رابطه زیر تغییر می شود[32]:
q^”’ (z)=q_c^”’ Cos(πz/H) (“55″)
که در آن H ارتفاع قلب می باشد و همچنین مبدا z=0 در وسط میله سوخت در نظر گرفته می شود. سپس مقدار حرارت دیفرانسیلی که از سوخت به سیال منتقل می شود را به صورت رابطه تعادلی زیر می نویسیم.
m ̇c_p dT_c (z)=q^”’ (z) A_C dz (“56″)
که در آن m ̇ دبی جرمی سیال خنک کننده به ازای یک میله سوخت، c_p ظرفیت گرمایی ویژه سیال، T_c (z) دمای سیال (که در هر نقطه از محور قلب متفاوت است و لذا تابعی است از z) و 〖 A〗_Cسطح مقطع سوخت موجود در قلب می باشد. حال اگر از طرفین رابطه (56) انتگرال گرفته شود داریم:
T_c (z)=〖T_c〗_i+(q_c^”’ A_C H)/(πm ̇c_p ) [sin⁡〖(πz/H)+1〗 ] (“57”)
که تنها کمیت جدید در این معادله 〖T_c〗_i می باشد که همان دمای سیال در مقطع ورودی است. بنابراین طبق این رابطه می توان دمای سیال ودر نتیجه با استفاده از جدول ترمودینامیکی بخار آب، چگالی سیال را در هر ارتفاع بدست آورد. در این پروژه راستای محوری به 10 قسمت با ارتفاع یکسان cm35.5 تقسیم بندی شده است. در هر قسمت متوسط چگالی آن در کد قرار داده شده است. در جدول 4-15 این محاسبات نشان داده شده است.
جدول4-15 : مقادیر دمای سیال وچگالی متناظر با آن در راستای محوری قلب. مرکز دستگاه مختصات در وسط میله سوخت می باشد.
چگالی سیال ،kg/m3
دمای سیال ، 0C
ارتفاع ، cm
671.66
322.09
177.5
673.95
321.31
142
679.02
319.57
106.5
686.24
317.01
71
695.17
313.70
35.5
705.19
309.81
715.81
305.45
35.5-
726.41
300.85
71-
736.06
296.42
106.5-
743.47
292.85
142-
747.21
291
177.5-
در ادامه شکل هایی از شبیه سازی یک ششم (60 درجه)، قلب که از کد MCNP بدست آمده است نمایش داده می شود. شکل ها نشان دهنده اجزا میله سوخت، مجتمع های سوخت حاوی میله های سوخت حلقوی ، و یک ششم قلب می باشند.
در CDپیوست کد نوشته شده به طور مفصل و کامل آورده شده است.
4-3-3- شکل های حاصل از شبیه سازی قلب
شکل 4-11 : برشی از میله سوخت حلقوی، شامل گوشت سوخت، غلاف و فضای هلیوم بین گوشت سوخت و غلاف.
شکل 4-12 : یک میله سوخت حلقوی واقع در مجتمع سوخت.
شکل های 4-13 تا 4-18 انواع شش مجتمع سوخت موجود در قلب را نشان می دهد.
شکل 4-13 : مجتمع سوخت نوع 16.
شکل 4-14 : مجتمع سوخت نوع 24.
شکل 4-15 : مجتمع سوخت نوع 36.
شکل 4-16 : مجتمع سوخت نوع 24B20.
شکل 4-17 : مجتمع سوخت نوع 24B36.
شکل 4-18 : مجتمع سوخت نوع 36B36.
مجتمع سوخت نوع 24 حاوی میله کنترل نوع 10 است.
میله های کنترل در کانال های هدایت کننده جابجا می شود. نمای مجتمع سوخت نوع 24 که حاوی میله کنترل است در شکل 4-19 نشان داده شده است.
شکل 4-19 : نمای مجتمع سوخت نوع 24، حاوی میله های کنترل نوع 10.
در شکل 4-20، نمای میله کنترل در کانال هدایت کننده نشان داده شده است.
ابعاد میله کنترل ، همان ابعاد موجود در راکتور مرجع می باشد.
شکل 4-20 : نمای میله کنترل در کانال هدایت کننده، مربوط به مجتمع سوخت نوع 24.
در شکل 4-21، برشی از یک ششم قلب و مقاطع میله های سوخت نشان داده شده است.
میله کنترل نوع 10 نیز که در موقعیت 80 درصد قرار دارد در شکل نشان داده شده است.
با توجه به توضیحات مربوط به میله کنترل و شکل4-5، دو ماده تشکیل دهنده میله کنترل با دو رنگ در شکل 4-21، نشان داده شده است.
شکل 4-21 : نمای از برش قلب و میله های سوخت، میله کنترل نوع 10 مشخص می باشد.
با توجه به بخش 5-3-2، یک ششم قلب شبیه سازی شده در راستای محوری به 10 قسمت تقسیم شده است، که در شکل های 4-22 و 4-23، این تقسیم بندی ده گانه مشخص می باشد.
شکل 4-22 : نمای تقسیم بندی قلب در راستای محوری.
شکل 4-23 : نمای تقسیم بندی قلب در راستای محوری.
به علت تقارن، یک ششم قلب شبیه سازی شده است که با چینش مجتمع های سوخت، در شکل 4-24 نشان داده شده است.
شکل 4-24 : یک ششم قلب شبیه سازی شده.
حال که شبیه سازی قلب انجام شد، به محاسبات مربوط به دو ضریب ایمنی مزبور در این تحقیق می پردازیم. در ادامه با توجه به توضیحات موجود در فصل 2، و

دیدگاهتان را بنویسید