CFD analýza zablokování otvorů perforovaného eliptického dna šachty a dolní mříže dna nosného válce

Cílem úlohy bylo provést termohydraulické výpočty proudění primárního chladiva ve spodní části šachty reaktoru VVER 440 při různém zablokování otvorů v perforovaném eliptickém dně šachty reaktoru a v dolní mříži dna nosného válce a sledovat vliv tohoto zablokování na rozložení průtoku chladiva při vstupu do aktivní zóny reaktoru.

Poptat řešení

Zadání projektu

Zadání: Cílem úlohy bylo provést termohydraulické výpočty proudění primárního chladiva ve spodní části šachty reaktoru VVER 440 při různém zablokování otvorů v perforovaném eliptickém dně šachty reaktoru a v dolní mříži dna nosného válce a sledovat vliv tohoto zablokování na rozložení průtoku chladiva při vstupu do aktivní zóny reaktoru.

Společnost: ŠKODA JS a.s.

Autor reference: Michal Dostál

Geometrický model reaktoru

Pro tyto potřeby byl připraven geometrický model spodní části reaktoru (vnější průměr tlakové nádoby reaktoru VVER 440 činí 3840 mm). Řešená výpočtová oblast je vymezena vnitřním povrchem tlakové nádoby reaktoru, vnějším povrchem ochranných trubek kazet HRK a spodním povrchem horní mříže dna nosného válce.

Vliv hydraulického odporu navazujících pracovních kazet je řešen pomocí náhradních porézních objemů válcového průřezu s definovaným koeficientem hydraulického odporu odpovídajícím odporu pracovních kazet.

Příklad zablokování otvorů v perforovaném dně šachty reaktoru je vidět na následujícím obrázku.

Výpočtový model

Ve výpočtovém modelu jsou objekty perforovaného eliptického dna šachty i dolní mříže dna nosného válce modelovány v plném rozsahu, tj. např. eliptické dno šachty obsahuje všech 1363 otvorů o průměru 40 mm.

Pro formulaci geometrického modelu a výpočtové sítě byly využity prostředky nabízené v rámci prostředí Ansys WorkBench 2.0 Framework. Geometrický model byl vytvořen v programu Ansys DesignModeler, síť v programu Ansys Meshing. Výpočtovou síť tvoří cca 56 milionů konečných objemů (kombinace tetra a hexa prvků).

Výpočtový model v prostředí Fluent 17.2.

Kompletní výpočtový model úlohy byl vytvořen v prostředí Ansys Fluent 17.2. Výpočtový model vychází z následujících předpokladů a fyzikálních modelů CFD systému Ansys Fluent:

Jedná se o stacionární 3D turbulentní proudění viskózní nestlačitelné kapaliny.
Použit model turbulence k-e Realizable.
Do modelu je zahrnuta gravitace odpovídající reálné poloze sestavy.

Při výpočtech programem Fluent 17.2 byly použity standardní okrajové podmínky:

Na vstupu do sestupné šachty reaktoru předepsána standardní okrajová podmínka pro vtok typu mass-flow-inlet.
Ve všech 312 výstupech z výpočtové oblasti definována okrajová podmínka pro výtok (standardní okrajová podmínka typu pressure-outlet).

Výsledkové soubory výpočtů

Na površích všech stěn jsou zde z hlediska proudění předepsány tzv. stěnové funkce.

Výsledkové soubory výpočtů programem Ansys Fluent 17.2 byly zpracovány post-procesorem Ansys CFD-Post a uživatelským programem, přičemž výpočtové varianty s částečně zablokovaným průřezem byly porovnávány s nominální variantou bez uvažovaného zablokování.

Obr4_ŠKODA_JS.png Obr5_ŠKODA_JS.png

Celkem bylo provedeno sedm výpočtů lišících se umístěním a velikostí zablokování. Provedenými výpočty byla získána rychlostní a tlaková pole chladiva v reaktoru. Analýza získaných výsledků pak potvrdila skutečnost, že zablokování otvorů tak, jak bylo definováno, má na průtok jednotlivými pracovními kazetami velmi malý vliv. Změny v hmotnostních průtocích pracovními kazetami se pohybují pod hodnotou 0,5 %.