پایان نامه با کلید واژه های هیدرولیک، انحراف معیار، نرم افزار

روابط موجود برای محاسبه دو ضریب ایمنی با استفاده از شبیه سازی انجام شده، ضرایب ایمنی مذکور محاسبه می شوند.
4-4- ضریب راکتیویته آنی (prompt reactivity coefficient)
با توجه به توضیحات داده شده در بخش 2-2 ، فصل 2 و رابطه (9)، ضریب راکتیویته آنی به صورت زیر تعریف می شود:
μ≡(1/(M_fe C_fe ))( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe ))
برای محاسبه این ضریب، همانگونه که از رابطه بالا پیداست، باید کمیت ( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe )) محاسبه شود، مقادیر M_fe و C_fe نیز از جدول 4-13 در دسترس است.
برای محاسبه کمیت ( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe )) ، دردمای متوسط سیال خنک کننده ، مدلMCNP قلب را برای دماهای مختلف متوسط سوخت اجرا نموده و در دماهای مختلف متوسط سوخت، ضریب تکثیر قلب را بدست می آوریم.
حال اگر تغییرات ضریب تکثیر را بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت در یک نمودار بیان کنیم و منحنی خطی را بر آن منطبق کنیم، شیب خط منطبق شده کمیت (∂k/(∂T ̅_fe )) را بدست می دهد، برای محاسبه کمیت ( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe ))، به صورت زیر عمل می کنیم :
می دانیم که :
( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe ))=(∂Ln(k))/〖∂T ̅〗_fe (“58″)
بنابراین تغییرات لگاریتم ضریب تکثیر قلب را بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت بر روی نمودار برده و منحنی خطی را بر آن منطبق می نماییم ، شیب خط منطبق شده مقدار کمیت ( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe )) بدست می دهد. نتایج عددی محاسبه شده تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت، در جدول4-16، آورده شده است. شایان ذکر است که حیطه دمایی که برای دمای متوسط سوخت در نظر گرفته شده است با توجه به بخش 3-3 و توضیحات صفحه 45 در نظر گرفته شده است. برای اعمال دما در برنامه کد نوشته شده از دستور TMP در قسمت Cell Card استفاده می کنیم. لذا در هر دمای متوسط سوخت در قسمتی از برنامه نوشته شده که شامل سوخت استTMP مربوط به آن دما محاسبه و لحاظ میشود.
جدول 4-16 : نتایج تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت.
سطح اطمینان 99 درصد Keff
انحراف معیار
ضریب تکثیر قلبK_(eff )
دمای متوسط سوخت ℃
1.00798 تا 1.01106
0.00058
1.00952
350
1.00815 تا 1.01121
0.00058
1.00968
398.88
1.00872 تا 1.01178
0.00058
1.01025
471.11
1.00790 تا 1.01083
0.00060
1.00936
550
1.00850 تا 1.01145
0.00055
1.00997
615.55
1.00784 تا 1.01099
0.00060
1.00941
650
1.00745 تا 1.01061
0.00060
1.00903
687.77
1.00715 تا 1.01022
0.00058
1.00869
700
1.00675 تا 1.00992
0.00060
1.00834
760
نمودار تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت، در شکل4-25، آورده شده است.
شکل 4-25 : نمودار تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت.
همانطور که در جدول 4-16 نشان داده شده است مقدار ضریب تکثیر محاسبه شده دارای انحراف معیار میباشد. مقدار ضریب تکثیر محاسبه شده با احتمال 99 درصد در محدوده ای است که در ستون آخر جدول آورده شده است و در شکل 4-25 بر روی نمودار نشان داده شده است. خط منطبق شده بر نمودار دارای R=0.45 ،( R^2=0.20)است.
نمودار تغییرات لگاریتم ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت، در شکل
4-26، آورده شده است.
شکل 4-26 : نمودار تغییرات لگاریتم ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت.
در شکل 4-26، خط منطبق شده عبارتند از:
Y=(-4.388×〖10〗^(-6))x+0.01187
Root square error ≡R=0.76″ → ” R^2 “=0.57 ”
که هر چه مقدار R به مقدار یک نزدیکتر باشد ، خط منطبق شده بر داده ها دقیق تر خواهد بود. خط منطبق شده بهینه ترین خط تعیین شده توسط نرم افزار متلب می باشد.
بنابراین
( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe ))=(∂Ln(k))/〖∂T ̅〗_fe =-4.388×〖10〗^(-6) (1/℃)
حال با داشتن مقادیر به دست آمده خواهیم داشت:
μ=(1/(M_fe C_fe ))(1/k)(∂k/(∂T ̅_fe ))
=(1/(87037.9278 kg ×410 (j/(kg℃)) ))(-4.388×〖10〗^(-6) (1/℃) )
=-1.23×〖10〗^(-13) (1/j) (“59”)
4-4-1- ضریب دمایی سوخت راکتیویته (ضریب داپلر راکتیویته)
تغیییر در دمای اجزا راکتور باعث تغییر راکتیویته می شود، بنابر این برای کنترل و ایمنی بهتر راکتور تاثیرات دما بر روی راکتیویته باید مطالعه شود. برای این منظور ضرائب دمایی راکتیویته با سمبل α_T توسط رابطه زیر تعریف می شوند.
α_T=∂ρ/∂T (“60”)
بطوریکه ρ ، راکتیویته سیستم و T دمای جز خاصی می باشد. بنابر این اگر T دمای سوخت باشد α_T ضریب دمایی سوخت و اگر T دمای کند کننده باشد α_T ضریب دمایی کند کننده می باشد[4].
راکتیویته به صورت زیر تعریف می شود:
ρ=(k-1)/k (“61”)
که k ضریب تکثیر قلب است. و خواهیم داشت:
α_T=dρ/dT =1/k^2 ∂k/∂T (“62”)
از آنجایی که در یک راکتور در حال کار ضریب تکثیر تقریبا 1 می باشد بنابر این k2=k ، و خواهیم داشت:
α_T=dρ/dT =1/k ∂k/∂T (“63”)
بنابر این ضریب دمایی سوخت راکتیویته یا به عبارتی دیگر ضریب داپلر راکتیویته قلب راکتور VVER-1000 با سوخت حلقوی عبارت خواهد بود از :
α_fe=( 1/k ∂k/(∂T ̅_fe ))=(∂Ln(k))/〖∂T ̅〗_fe =-4.388×〖10〗^(-6) (1/℃) (“64″)
در ادامه قبل از محاسبه ضریب توان راکتیویته ، ابتدا به بیان یک تحلیل ترموهیدرولیکی می پردازیم تا مزیت استفاده از سوخت های حلقوی که همانا رسیدن به دانسیته توان بالاتر است را نشان دهیم. بعد از تحلیل ترموهیدرولیکی به بیان یک مدل مقاومت حرارتی برا ی میله سوخت و قلب می پردازیم که در محاسبه ضریب توان راکتیویته ، همانطور که در فصل 2 بدان اشاره شد، مورد استفاده قرار می گیرد.
4-5- ارائه یک تحلیل ترموهیدرولیکی
باتوجه به شکل 4-9، و اینکه شعاع داخلی میله سوخت حلقوی برابر 0.4091 سانتیمتر است و شعاع سوخت معمولی مرجع، برابر 0.455 سانتیمتر است و گوشت سوخت حلقوی تقریبا 2.13 برابر گوشت سوخت معمولی مرجع می باشد می توان فرض کرد که مقدار شار حرارتی که قبلا از روی سطح سوخت های معمولی خارج می شد اکنون از سطح داخلی سوخت حلقوی خارج می شود[33] یعنی :
q_reference^”=q_(in-annular)^” (“65”)
و از طرفی برای میله سوخت حلقوی، با در نظر گرفتن ابعاد سوخت حلقوی در جدول 4-13 و شکل 4-9، و از آنجا که شار حرارتی متناسب با سطحی است که گرما از آن شارش می کند با توجه به محاسبات زیر، 34.28 درصد شارگرمایی کل میله سوخت حلقوی از سطح داخلی آن وارد خنک کننده می شود.
( (inner surface of annular fuel rod)/(total surface of annular fuel rod))=2πl(R_ci )/(2πl(R_ci )+2πl(R_co ) )
=((R_ci))/((R_ci )+(R_co))=(0.4091)/(0.4091+0.7840)=0.34287 (“66″)
با توجه به داده های جدول 4-13، توان متوسط تولیدی یک میله سوخت مرجع، مقدار 52.9 کیلووات می باشد، بنابراین شارگرمایی از میله سوخت مرجع عبارتند از:
q_reference^”=(52.9 (kw/pin))/(2πlR_f (〖cm〗^2/pin) )=(52.9 (kw/pin))/(2π×355(cm)×0.385(cm))=(52.9)/(844.26)
=0.062658 (kw/〖cm〗^2 ) (“67″)
با توجه به توضیحات بالا توان تولیدی در یک میله سوخت حلقوی به صورت زیر است :
〖(0.3428)×q_annular=(q〗_reference^”)(2πR_fi ) (“68”)
q_annular=193.292 (kw/pin) (“69”)
وتوان تولیدی در یک مجتمع سوخت حلقوی به صورت زیر است :
(q_annular )_(F.A)=193.292 (kw/pin)×156 (pin/(F.A))
=30153.55284 (kw/(F.A)) (“70”)
از طرفی دیگر توان تولیدی در یک مجتمع سوخت مرجع عبارتند از :
(q_solid )_(F.A)=52.9 (kw/pin)×311 (pin/(F.A))
=18411.2 (kw/(F.A)) (“71”)
در نهایت با توجه به روابط (70) و(71) خواهیم داشت:
(q_annular )_(F.A)/(q_solid )_(F.A) =(30153.55284 )/(18411.2)=1.6377 (“72″)
و این نشان می دهد که چگالی توان راکتور VVER-1000 با سوخت حلقوی، 63.77 درصد نسبت به راکتور مرجع افزایش یافته است.
با ادامه محاسبات چگالی توان در واحد حجم راکتور با سوخت حلقوی (kw/lit) 176.536 بدست می آید که نسبت به چگالی توان در واحد حجم راکتور مرجع( (kw/lit)107.789)، 63.77 درصد بیشتر است.
4-6- مدل مقاومت گرمایی برای میله سوخت و قلب
در این بخش به ارائه مدل مقاومت حرارتی برای میله سوخت حلقوی و همچنین برای قلب می پردازیم. و مقدار مقاومت حرارتی قلب به صورت عددی محاسبه می شود تا در بخش بعد برای محاسبه ضریب توان راکتیویته مورد استفاده قرار گیرد.
گرما در درون گوشت سوخت تولید می شود و از خود گوشت سوخت و گوشت غلاف می گذرد و وارد سیال می شود. هر یک از این نواحی گوشت سوخت ، گوشت غلاف، و خود سیال خنک کننده مقاومتی را بر سر راه شارش گرما ایجاد می کنند که در ادامه توضیح داده می شود. از مقاومت فضای حاوی هلیوم به علت ضخامت بسیار کم صرف نظر کرده ایم .
در ضمن از مقاومت های موجود در سطوح تماس صرف نظر کرده ایم و مرزها را به صورت مرز کامل در نظر گرفته ایم.
در شکل 4-25 ، مقطع میله سوخت حلقوی (بدون در نظر گرفتن هلیوم)، با ناحیه ها ودماهای مربوطه نشان داده شده است. در شکل 4-26 نیز مدل مقاومت حرارتی مربوطه نشان داده شده است.
شکل 4-27 : مقطع میله سوخت حلقوی (بدون در نظر گرفتن هلیوم)، با ناحیه ها ودماهای مربوطه.
که در شکل 4-25 ، R_fm ، R_fo ، R_fi ، R_co وR_ci به ترتیب شعاع مرکز سوخت، شعاع خارجی سوخت، شعاع داخلی سوخت، شعاع خارجی غلاف خارجی و شعاع داخلی غلاف داخلی می باشند و دماهای متناظر هم به همین صورت می باشند.
حال متناظر با شکل 4-25، مدل مقاومتی به صورت زیر می باشد. در شکل4-26 نسبت گرمای شارش شده از سطوح داخلی و خارجی میله سوخت حلقوی با توجه به رابطه (66) نشان داده شده است.
شکل 4-28 : مدل مقاومتی متناظر با شکل4-28.
مقدار گرمایی که در گوشت سوخت تولید می شود عبارتند از:
q=q^”’ π(R_fo^2-R_fi^2 )l

دیدگاهتان را بنویسید