Πειραματική Εγκατάσταση προσομοίωσης φαινομένων βρασμού σε υδρόψυκτους πυρηνικούς αντιδραστήρες

Χίνης, Ε.Π.; Hinis, E.P.

dc.contributor.author	Χίνης, Ε.Π.
dc.contributor.author	Hinis, E.P.
dc.date.accessioned	2021-12-22T08:49:00Z
dc.date.available	2021-12-22T08:49:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54227
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21925
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πυρηνική Τεχνολογία	el
dc.subject	Πυρηνικοί αντιδραστήρες	el
dc.subject	Ράβδοι πυρηνικού καυσίμου	el
dc.subject	Επανάψυξη	el
dc.subject	Υγρό μέτωπο	el
dc.subject	Nuclear Engineering	en
dc.subject	Nuclear reactors	en
dc.subject	Nuclear fuel rods	en
dc.subject	Rewetting	en
dc.subject	Quench front	en
dc.title	Πειραματική Εγκατάσταση προσομοίωσης φαινομένων βρασμού σε υδρόψυκτους πυρηνικούς αντιδραστήρες	el
dc.title	Experimental facility to simulate two-phase flow phenomena in water cooled nuclear reactors	en
dc.contributor.department	Nuclear Engineering Laboratory	el
heal.type	doctoralThesis
heal.secondaryTitle	Εφαρμογή: Μελέτη του φαινομένου της επαναψύξεως ράβδων πυρηνικού καυσίμου	el
heal.classification	Nuclear Engineering	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	1994-08-29
heal.abstract	Το 1980 άρχισε στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του Ε.Μ.Π., ένα ερευνητικό πρόγραμμα πειραματικής και θεωρητικής διερεύνησης των φαινομένων διφασικής ροής που εμφανίζονται κατά την ψύξη του πυρήνα των Πυρηνικών Αντιδραστήρων Ισχύος (ΠΑΙ), είτε κατά την κανονική λειτουργία των, είτε σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Από τους πρώτους στόχους του προγράμματος αυτού ήταν η σχεδίαση, με την προοπτική της κατασκευής, μιας εγκατάστασης μελέτης με την τεχνική της προσομοίωσης, των πιο πάνω φαινομένων. Η μελέτη της εγκατάστασης αυτής άρχισε και εξελίχθηκε πάντοτε μέσα στα πλαίσια των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων του Εργαστηρίου. Με την ανάληψη από τον Τομέα Πυρηνικής Τεχνολογίας, το 1984, του μαθήματος "Μετρήσεις Τεχνικών Μεγεθών και Εργαστήριο" και την υπαγορευθείσα ανάγκη για εισαγωγή αυτοματοποιημένων μετρητικών τεχνικών από απευθείας συνδεδεμένους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές (Η/Υ), έγινε αναθεώρηση της σχεδίασης της εγκατάστασης με κεντρικό άξονα την αυτοματοποίηση της μετρητικής-της φυσιογνωμίας. Ο υποψήφιος, είχε την ευκαιρία υα παρακολουθήσει κατά τη φάση της ενασχόλησής του στον Τομέα Πυρηνικής Τεχνολογίας στα πλαίσια της Διπλωματικής Εργασίας του, προκαταρκτικές εργασίες για τη σχεδιοκατασκευή βασικών συνιστωσών της εγκατάστασης αυτής η οποία μεταγενέστερα ονομάστηκε Θερμοϋδραυλικό Κύκλωμα (ΘΥΚ). Στη συνέχεια, ανέλαβε την εκπόνηση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής (ΔΔ), στα πλαίσια της οποίας, ολοκληρώθηκε η μελέτη, η σχεδίαση και η κατασκευή της εγκατάστασης η οποία εξοπλίστηκε με υπερσύγχρονα συστήματα αυτομάτου ελέγχου και παρακολούθησης της λειτουργίας της. Πυρήνας των συστημάτων αυτών, είναι ένας Η/Υ τύπου ΙΒΜ-ΡC συμβατού με απευθείας συνδεδεμένες μονάδες αναλογικών και ψηφιακών μετατροπών. Το σύστημα ολοκληρώθηκε με τη σύνταξη, από τον υποψήφιο, τόσον κατάλληλων ρουτινών σε γλώσσα ΑSSΕΜΒΙΥ όσο και ολοκληρωμένου προγράμματος για τον έλεγχο της εγκατάστασης, την εμφάνιση της κατάστασής της σε Μιμικό Διάγραμμα στην οθόνη του Η/Υ και της ηλεκτρονικής καταγραφής όλων των μετρούμενων φυσικών μεγεθών. Με τη χρησιμοποίηση της εγκατάστασης αυτής, η οποία τέθηκε σε παραγωγική λειτουργία το 1991, είναι δυνατό να μελετηθούν ένα πλήθος θερμοϋδραυλικών φαινομένων, τα οποία λαμβάνουν χώρα σ' ένα τυπικό κανάλι ψύξεως ΠΑΙ τόσο κατά τη μόνιμη όσο και κατά τη μεταβατική λειτουργία του αντιδραστήρα. Ένα από τα κυριότερα φυσικά φαινόμενα, για την ασφαλή λειτουργία ενός ΠΑΙ, είναι και το μεταβατικό φαινόμενο της επαναψύξεως (rewetting) των ενδεχομένως υπερθερμανθεισών ράβδων πυρηνικού καυσίμου ενός υδρόψυκτου ΠΑΙ. Είναι γνωστό ότι οι υδρόψυκτοι ΠΑΙ, διαθέτουν υδραυλικά κυκλώματα νερού για την απαγωγή της παραγόμενης θερμικής ισχύος από τις ράβδους του Πυρηνικού Καυσίμου. Το νερό στα κυκλώματα αυτά εργάζεται υπό υψηλή πίεση, η οποία κυμαίνεται περί τα 70 bar στον Αντιδραστήρα Ζέοντος Ύδατος (ΒWR) και περί τα 150 bar στον Αντιδραστήρα Πεπιεσμένου Ύδατος (PWR). Κάθε μη αναμενόμενη μείωση της ροής του ψυκτικού μέσου μέσα από την καρδιά του Αντιδραστήρα, μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές συνέπειες για ολόκληρη την εγκατάσταση του ΠΑΙ. Τέτοια μείωση της ροής μπορεί να οφείλεται σε ποικιλία λόγων όπως π.χ. διαρροή σε μια μικρή σωλήνωση, αστοχία μιας ή περισσοτέρων αντλιών κυκλοφορίας του ψυκτικού, ή πλήρης αποκοπή του κυριοτέρου σωλήνα προσαγωγής ή απαγωγής νερού στον Πυρήνα ταυ Αντιδραστήρα. Κάθε τέτοιο συμβάν, που οδηγεί σε μείωση της παροχής ψυκτικού στην καρδιά του Αντιδραστήρα, ορίζεται ως Ατύχημα Απώλειας Ψυκτικού (Loss-of-Coolant-Accident, LOCA). Σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι άκρως αναγκαία η ακαριαία ενεργοποίηση ενός Συστήματος Εφεδρικής Ψύξης Έκτακτης Ανάγκης (Emergency Cοre Coοling System, ΕCCS), με το οποίο επιδιώκεται ο περιορισμός της αποκάλυψης των ενδεχομένως υπερθερμανθέντων στοιχείων του πυρηνικού καυσίμου και κατά συνέπεια η πρόληψη του φαινομένου της τήξεώς των εξαιτίας της συνεχιζόμενης, ακόμη και μετά τη βύθιση των ράβδων ελέγχου, παραγωγής θερμότητας εξαιτίας των ραδιενεργών διασπάσεων (decay heαting). Η διαδικασία της επανεγκατάστασης ενός φιλμ ψύχοντος υγρού επί της επιφανείας των υπερθερμανθεισών ράβδων, δηλαδή η διαδικασία της επαναψύξεώς των, είναι εξαιρετικού ενδιαφέροντος, τόσο για τη σχεδιοκατασκευή, όσο και για την ασφαλή λειτουργία της εγκατάστασης στην περίπτωση ενός ατυχήματος LΟCA. Σχεδόν όλα τα στάδια εξέλιξης της διφασικής ροής εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της επαναψύξεως. Ας προστεθεί ότι, οι διαφορικές εξισώσεις, οι οποίες περιγράφουν το φαινόμενο στα διάφορα τμήματα κατά μήκος της ράβδου του πυρηνικού καυσίμου εξαρτώνται από την μεταβαλλόμενη κίνηση ενός υγρού μετώπου. Έτσι, για να επιλυθεί το πρόβλημα αυτό των διαφορικών εξισώσεων με κινούμενη οριακή συνθήκη (moving boundary problem), είναι αναγκαία η παροχή από το πείραμα καταλλήλων τιμών για ορισμένες από τις οριακές συνθήκες. Οι τιμές αυτές ήταν απαραίτητες, ακόμη και στις περιπτώσεις που καθίσταται εφικτό να δοθεί κλειστή λύση με την παραδοχή της ισοταχούς κίνησης της πιο πάνω οριακής συνθήκης, δηλαδή της ψευδο-σταθεροποίησης (quasi-steady state) του προβλήματος. Τέλος είναι προφανώς σαφές ότι πειραματικές τιμές απαιτούνται για τη διατύπωση απλουστευμένων ημιεμπειρικών ή εμπειρικών εξισώσεων για την περιγραφή του φαινομένου. Συνεπώς, η πρόβλεψη (prediction) του φαινομένου της επανάψυξης είτε αυτή γίνεται με αριθμητικούς κώδικες είτε γίνεται με απλές ημιεμπειρικές σχέσεις, έχει ανάγκη πειραματικής υποστήριξης από κατάλληλες πειραματικές εγκαταστάσεις. Παρόλη την εμφανή αναγκαιότητα των εγκαταστάσεων αυτού του τύπου, και παρόλη τη μεγάλη ζήτηση εκ μέρους της επιστημονικής κοινότητας για πειραματικά αποτελέσματα από τις εν λόγω εγκαταστάσεις, εντούτοις οι ανά τον κόσμο αναφερόμενες πειραματικές εγκαταστάσεις ανέρχονται σε λίγες δεκάδες. Αυτό συμβαίνει διότι, η μελέτη, ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η επιτυχής λειτουργία αυτού του είδους των εγκαταστάσεων συνιστούν μια ιδιαίτερα σύνθετη διαδικασία. Ένα μεγάλο μέρος της διαδικασίας αυτής πραγματεύεται η παρούσα ΔΔ, η οποία προσπαθεί και κάνει συνδυασμένη χρήση της πειραματικής εμπειρίας της παρελθούσης 25ετίας αλλά και των σύγχρονων μετρητικών τεχνικών που εμφανίστηκαν την τελευταία 5ετία. Στο κείμενο της Διατριβής, το οποίο συνοδεύεται από ένα εκτενές και λεπτομερές τεύχος με τα παραρτήματά του, γίνεται προοδευτικά η παρουσίαση των μεμονωμένων συστημάτων με τα οποία συγκροτήθηκε τόσο το μηχανικό μέρος (hardware) όσο και το λογικό μέρος (sοftware) της πειραματικής εγκατάστασης, με την οποία εκτελέστηκε μια επιτυχής σειρά πειραμάτων επαναψύξεως σε ένα εύρος πειραματικών συνθηκών, στο οποίο παρατηρείται ανεπάρκεια δεδομένων στη διεθνή βιβλιογραφία. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των ληφθέντων πειραματικών αποτελεσμάτων με αποτελέσματα άλλων πειραμάτων και εκτιμήσεων της βιβλιογραφίας και αναπτύσσονται απαραίτητες τεχνικές προσομοίωσης της επανάψυξης από ψυκτικό υγρό τύπου Freοn-113. Τέλος, υποδεικνύονται αρκετά θέματα σχετικά με τη διεργασία της επαναψύξεως, που, όπως αποδείχθηκε από την εργασία, χρειάζονται περαιτέρω διερεύνηση. Σημεία πρωτοτυπίας της διατριβής: 1. Ολοκλήρωση της μελέτης και της σχεδιοκατασκευής ενός Θερμοϋδραυλικού Κυκλώματος για την προσομοίωση φαινομένων ροής στα κανάλια ψύξεως ΠΑΙ, το οποίο διαθέτει διαφανές Τμήμα Δοκιμών. 2. Συγγραφή υπορουτινών σε ΑSSΕΜΒLΥ, καλούμενων από προγράμματα FORTRAN, για τον έλεγχο μονάδων αναλογικής και ψηφιακής μετατροπής. Με τις υπόψη υπορουτίνες επιτυγχάνεται η λειτουργία του ΙΒΜ-ΡC, κάτω από το Λ/Σ DΟS, ως συστήματος πραγματικού χρόνου για την παρακολούθηση ταχέως εξελισσόμενων φαινομένων. 3. Σύνταξη ολοκληρωμένου προγράμματος για τον αυτοματοποιημένο έλεγχο του ΘΥΚ, με ταυτόχρονη εμφάνιση Μιμικού Διαγράμματος της εγκατάστασης και ηλεκτρονική καταγραφή των πειραματικών αποτελεσμάτων. 4. Εκτέλεση πειραμάτων επαναψύξεως τόσον υπό ατμοσφαιρικές συνθήκες όσο και υπό πίεση υδρατμού 2 - 7 bar, πράγμα που επέτρεψε τη διαπίστωση ιδιαιτεροτήτων μεταξύ των δύο συνθηκών εξελίξεως του φαινομένου. 5. Καταγραφή των μεταβλητών του πειράματος επαναψύξεως με τη χρήση ΑDC απευθείας συνδεδεμένου σε Η/Υ και επεξεργασία πραγματικού χρόνου. 6. Πειραματική εκτίμηση της χρονικής διάρκειας διέλευσης του υγρού μετώπου από ένα θερμοκρασιακό σταθμό. Υπολογισμός του μήκους του υγρού μετώπου.	el
heal.advisorName	Σιμόπουλος, Σ.Ε.
heal.committeeMemberName	Αγγελόπουλος, Μ.Γ.
heal.committeeMemberName	Λεωνίδου, Δ.Ι.
heal.committeeMemberName	Μπεργελές, Γ.
heal.committeeMemberName	Σιμόπουλος, Σ.Ε.
heal.committeeMemberName	Ρακόπουλος, Κ.Δ.
heal.committeeMemberName	Παπαντώνης, Δ.
heal.committeeMemberName	Χατζηδάκης, Σ.
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	334
heal.fullTextAvailability	false