Summary
הקונכייה שבירת תופעה נחקר ניסיוניים, הוצע מודל תאורטי. פותחה תוכנית הדמיה המבוססת על מודל תיאורטי, התוצאות של התוכנית סימולציה הושוו עם תוצאות ניסויית. הוא היה סיכם כי התוצאות של התוכנית סימולציה התאימה את תוצאות הניסוי היטב.
Abstract
בתנאים עיצוב של כור המחקר, התופעה הקונכייה המושרה על ידי צינור קרע יכול לגרום כלפי חוץ זרימה רציפה של מים. כדי למנוע את יצוא, נדרש מכשיר שליטה. פקק הקונכייה הוא סוג של התקן בטיחות יכול להיות מנוצל כדי לשלוט איבוד נוזל קירור מים ביעילות.
כדי לנתח את המאפיינים של הקונכייה שבירת, נערך ניסוי אמת-מידה. את התוצאות של הניסוי, התברר כי ישנם מספר גורמים עיצוב המשפיעים על סיפון שבירת התופעה. לכן, יש צורך לפתח מודל תאורטי. מסוגלים חיזוי וניתוח את הקונכייה שבירת תופעה בתנאים שונים של עיצוב. באמצעות המידע מהניסוי, ניתן היה לגבש מודל תאורטי שחוזה במדויק את ההתקדמות והתוצאה של הקונכייה שבירת התופעה. המודל התיאורטי הוקמה מבוסס על מכניקת הזורמים, משלב המודל צ'ישולם לנתח זרימה שני שלבים. משוואת ברנולי, מהירות, כמות, undershooting גובה מפלס המים, הלחץ, מקדם חיכוך, גורמים הקשורים הזרם דו-שלבית יכול להיות שהושג או מחושבת. יתר על כן, כדי לנצל את המודל הוקמה במחקר זה, פותחה הקונכייה מפסק תוכנית ניתוח ועיצוב. התוכנית סימולציה פועלת על בסיס מודל תיאורטי, מחזירה את התוצאה בצורת גרף. המשתמש יכול לאשר את האפשרות של הקונכייה שובר על-ידי בדיקת את צורת הגרף. יתר על כן, להציל את התוצאה כל סימולציה זה אפשרי, זה יכול לשמש כמשאב לניתוח את הקונכייה אמיתי שבירת המערכת.
לסיכום, המשתמש יכול לאשר את המצב של הקונכייה שבירת ועיצוב מערכת מפסק הקונכייה באמצעות התוכנית שפותחה במחקר זה.
Introduction
המספר של כורים באמצעות צלחת-סוג דלק, כגון ירדן מחקר, הדרכה הכור (JRTR) ו כור המחקר KiJang (KJRR), גדל לאחרונה. על מנת לחבר את לוחית-סוג הדלק בקלות, כור המחקר דורש זרימה כלפי מטה הליבה. מכיוון כורי מחקר דורשות נטו ראש מערכת הקירור הראשית היניקה חיובית, יכול כמה רכיבי מערכת קירור שייתכן שיותקנו מתחת הכור. עם זאת, אם הקרע צינור מתרחשת במערכת הקירור הראשי מתחת הכור, האפקט הקונכייה גורמת רציפה ניקוז של מערכת קירור אשר עלולה לגרום החשיפה של הכור לאוויר. משמעות הדבר היא כי החום שיורית לא ניתן להסיר, אשר יכול להוביל בתאונת. לכן, במקרה של אובדן של מערכת קירור תאונה (לוקה), מכשיר בטיחות שיכול למנוע תאונה קשה הוא הכרחי. פקק הקונכייה הוא כזה מכשיר בטיחות. זה יכול למנוע ביעילות ניקוז המים באמצעות גלישה של אוויר. המערכת כולה נקראת את הקונכייה שבירת המערכת.
נערכו מספר מחקרים לשיפור הבטיחות בכור מחקר. מקדונלד ומרטן1 ביצע ניסוי על מנת לאשר את הביצועים של הקונכייה שבירת שסתום כמו מפסק הפעלה באופן פעיל. ניל ו- Stephens2 ביצע ניסוי בעזרת פקק הקונכייה כהתקן פסיבי המופעלים בתוך צינור בגודל קטן. סקוראי3 הציע מודל אנליטי כדי לנתח את הקונכייה שבירת שבו הוחלה מודל זרימת אוויר-מים נפרד לחלוטין.
הקונכייה שבירת הוא מורכב מאוד כי יש פרמטרים רבים שצריך לקחת בחשבון. יתר על כן, כי לא בוצעו הניסויים על אמת-מידה מחקר כורים, קשה להחיל מחקרים קודמים על מחקר עכשווי כורים. לכן, מחקרים קודמים לא הציגו מודל תאורטי משביע רצון על סיפון שוברים. מסיבה זו, נערך ניסוי אמת-מידה להקים מודל תאורטי.
כדי לחקור את ההשפעה של מפסק הקונכייה על כור המחקר, אמת-מידה אימות הניסויים בוצעו על ידי אוניברסיטת פוהאנג למדע וטכנולוגיה (POSTECH), מכון המחקר לאנרגיה אטומית קוריאה (KAERI)4,5 ,6. איור 1 הוא המתקן בפועל לניסוי מפסק הקונכייה. איור 2 מציג תרשים סכימטי של המתקן והוא כולל את סימן מתקן.
איור 1. מתקן הקונכייה שבירת ניסוי הדגמה. גודל צינור הראשי הוא 16 ב ו חלון אקריליק מותקן להשגחה. כגדולים הוא מכשיר מוכן לתאר את הירידה בלחץ. לכן, אין תפקיד הרכבה דיזה בתחתית המיכל העליון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
באיור 2. תרשים סכמטי של מתקן ניסיוני. המיקום של נקודות מדידה מוצג. המספרים מציינים את המיקומים הרלוונטיים; הנקודה 0 מסמל את הכניסה של מפסק הקונכייה, נקודה 1 מסמל את מפלס המים, נקודת 2 מסמל את החלק המחובר של מפסק את הקונכייה ואת הצינור הראשי, ונקודת 3 מסמל את לוקה הצב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
מפסק סיפון מתקן ניסיוני מורכב מיכל עליון, טנק נמוך, מערכת צנרת, משאבה ההחזרה. הקיבולת של המיכל העליון הוא 57.6 מ'3. האזור התחתון ואת העומק הם 14.4 m2 (4 מ' x 3.6 מ') ו- 4 מ', בהתאמה. המיכל התחתון והמיקום לוקה הן ממוקם 8.3 מ' מתחת למיכל העליון. הקיבולת של המיכל התחתון הוא 70 מ3. המיכל התחתון משמש לאחסון המים במהלך הניסוי. המיכל התחתון מחובר למשאבה ההחזרה. המים במיכל התחתון נשאבים לתוך המיכל העליון. גודל צינור הראשי של מערכת צנרת הוא 16 ב. הסוף של הקונכייה מפסק קו (ובינונית ליצירת) הינו ממוקם גבוה מעל הצינור התחתון 11.6 מ' לקרע נקודה. בנוסף, אקריליק windows מותקנים על הצינור עבור ויזואליזציה, כפי שמוצג באיור1.
מספר התקנים הותקנו כדי למדוד את הסימנים הפיזיים. לחץ מוחלט שני מתמרים (מעל כולם) לחץ ההפרש שלושה מתמרים (Dpt) שימשו. כדי למדוד את קצב זרימת מסה של מים, מד זרימת אולטראסוניות היה בשימוש. מערכת רכישת נתונים שימש כדי לקבל כל מדידה נתונים ב- 250 ms במרווחי זמן. בנוסף ציוד המדידה, מצלמות הותקנו להשגחה, שליט היה מחובר על הקיר הפנימי של המיכל העליון כדי לבדוק את מפלס המים.
במגוון גדלים מפסק (SB) לוקה, סיפון, סוגי מפסק סיפון (קו/חור) ואת הנוכחות של דיזה לגבי הכור דלק לבין נקודת שבר צינור נחשבו לניסוי. על מנת לוודא את השפעת גודל לוקה ו ובינונית ליצירת, גדלים שונים של לוקה, ובינונית ליצירת שימשו. גודל לוקה נע בין 6 ל 16 ב וגדלי ובינונית ליצירת נע בין 2 ל- 6 ב. הניסוי, סוג הקו, חור של הקונכייה פורעי שימשו, אך התוכן הבא של המחקר הזה מתייחס רק לסוג ובינונית ליצירת המשמשים את JRTR ואת KJRR. כדוגמה של תוצאות הניסוי, איור 3 הוא גרף הכוללת את הנתונים קצב זרימה לחץ ומים. הניסוי נערך על 4 אוקטובר, 2013, המדגם נתוני הניסוי הוא LN23 (סוג הקו SB, אין נחיר 12 ב לוקה, 2.5 ב ובינונית ליצירת).
מתוך נתוני הניסוי, המודל התיאורטי שבו ניתן לחזות את הקונכייה שבירת תופעה הוקמה. המודל התיאורטי מתחיל משוואת ברנולי. המהירות של הנוזל המתקבל את משוואת ברנולי, ספיקה יכולה להיות מושגת על-ידי הכפלת את המהירות של נוזל באזור צינור. בנוסף, מפלס המים ניתן להשיג באמצעות את ספיקה. התפיסה הבסיסית של המודל התיאורטי הוא כמו לעיל. עם זאת, כיוון הקונכייה שבירת התופעה היא זרימה דו-שלבית, ישנם נקודות נוספות כדי להיחשב. לשקול מודל ניתוח זרימת דו-שלבית, בוצעה בדיקת אימות דיוק. מאז המודל צ'ישולם היה מדויק יותר הומוגנית מודל, דגם צ'ישולם משמש כדי לנתח את התופעה. על פי המודל צ'ישולם, הנוסחה מכפיל דו-שלבית מבוטא כמו משוואה 17. במשוואה הזו ф מייצג את המכפיל שני שלבים, ρ מייצג צפיפות ו- X מייצג איכות.
(1)
יתר על כן, פותחה תוכנית סימולציה עם ממשק משתמש גרפי (GUI). על-ידי המעבר של נתונים ללחץ מוחלט באיור3, התופעה ניתן לחלק לשלושה שלבים: איבוד נוזל קירור (חד-פאזי flow) הקונכייה השבירה (flow שני שלבים), מצב יציב. לפיכך, תהליך החישוב הראשי של האלגוריתם כולל תהליך שלושה שלבים המייצגים שלושת השלבים של התופעה אמיתי. כולל תהליך החישוב, האלגוריתם כולו כדי לתאר את תהליך הסימולציה מוצג באיור 48.
שימוש בתוכנה (ראה משלימה Video 1) כדי להתחיל את ההדמיה, המשתמש מזין לפרמטרי הקלט המתאים לתנאים עיצוב ו לפרמטרי הקלט מאוחסנים כערכי קבוע. אם המשתמש ממשיך עם הסימולציה לאחר הזנת את הפרמטרים, התוכנית מבצעת את החישוב בשלב הראשון. הצעד הראשון הוא חד-פאזי, אשר הוא החישוב עבור אובדן מערכת קירור בגלל ההשפעה הקונכייה לאחר קרע הצינור. המשתנים מחושבים באופן אוטומטי לפי מודל תיאורטי (כמו משוואת ברנולי, שימור זרימת מסה, וכו '), וממשיך החישוב של הקלט פרמטרים על-ידי המשתמש. תוצאות החישובים מאוחסנים ברצף זיכרון המחשב על פי יחידת הזמן שנקבע על-ידי המשתמש.
אם הטיפות מפלס המים להלן מיקום 0, זה אומר כי הזרם חד-פאזי מסתיימת, כי האוויר מתחיל למהר ובינונית ליצירת ברגע זה. לכן, הצעד הראשון לזרימה חד-פאזי ממשיך עד מפלס המים מגיע המיקום 0. כאשר מפלס המים במיקום 0, פירוש הדבר הוא הגובה undershooting הוא אפס. גובה undershooting הוא ההבדל הגובה בין הכניסה של ובינונית ליצירת מפלס המים המיכל העליון לאחר הקונכייה השבירה. במילים אחרות, undershooting גובה מציין כמה מפלס המים ירד במהלך הקונכייה שוברים. לכן, גובה undershooting הוא פרמטר חשוב, משום שזה יאפשר הקביעה ישיר כמות איבוד נוזל קירור. כתוצאה מכך, התוכנית קובעת בסוף החישוב הראשונה-צעד לפי גובה undershooting.
אם הגובה undershooting הוא גדול מאפס, התוכנית מבצעת חישוב בשלב השני אשר ניתן לדמות זרימה דו-שלבית. כיוון זרימת מים ואוויר נמצאים סיפון שבירת שלב, יש לקחת בחשבון את המאפיינים הפיזיים של שני נוזלים. לכן, הערכים של המכפיל שני שלבים, איכות שבר void נחשבים בשלב זה החישוב. . במיוחד, הערך הריק שבר משמש סיום קריטריון החישוב בשלב השני. השבר void ניתן לבטא את היחס של זרימת האוויר לסכום של אוויר, מים זורמים. בחישוב שלב השני ממשיך עד הערך הריק שבר (α) 0.9. כאשר α מעל 0.9, בחישוב שלב השלישי ממשיך המתאר את מצב יציב. באופן תיאורטי, קריטריון הסיום הקונכייה שבירת הוא α = 1 מאחר אויר רק קיים בצינור בשלב זה. עם זאת, תוכנית זו הקריטריונים קצה הקונכייה שבירת הוא α = 0.9 כדי למנוע שגיאות בתהליך החישוב. לכן, אובדן חלקי של תוצאות בלתי נמנע, אבל שגיאה זו יכול להיות זניח.
מצב יציב החישוב ממשיך במהלך פרק הזמן שנקבע על-ידי המשתמש. כי יש עוד שינוי, מצב יציב מאופיין בכך שהערכים תוצאת חישוב הם תמיד קבוע. אם אנחנו זקוקים רק לסיסמא שבירת מוצלחת, לרמה הסופית של המים למיכל העליון יישאר על ערך מסוים, לא אפס. עם זאת, אם שבירת הקונכייה אינה מבוצעת בהצלחה, הקירור יאבדו כמעט ולא מתקרב לרמה הסופית של המים ערך אפס. לכן, אם הערך מפלס המים שווה אפס במצב יציב, הוא מציין כי התנאים עיצוב נתונה אינן מספיקות להשלים את הקונכייה השבירה.
לאחר החישוב, המשתמש יכול לאשר את תוצאות בדרכים שונות. התוצאות מציגות את המצב של הקונכייה שבירת, סיפון שבירת התקדמות, הסינגולריות. התוכנית סימולציה ניתן לחזות, לנתח את התופעה באופן מעשי, לסייע בעיצוב של המערכת מפסק הקונכייה. זה נייר, פרוטוקול הניסוי, תוצאות של ניסוי, וכן ביישום התכנית סימולציה מוצגים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-ניתוח ניסיוני 4 , 5 , 6
- הכנה שלב
- תבדוק את מתקן ניסיוני. בהתבסס על המטריקס מבחן, בדוק את מבחן מטריקס בדיקת תנאי לוקה גודל ובינונית ליצירת גודל, סוגי הקונכייה, הנוכחות של דיזה, לפני הניסוי. כמו כן, בדיקה כדי לאשר instrumentations ואת רכיבי המתקן לעבוד כמו שצריך בלי רעש נתונים או תקלות.
- למלא את המיכל העליון עם מים באמצעות המשאבה השולח מותקן בתוך המיכל התחתון.
- להסיר את האוויר שיורית בתוך ובינונית ליצירת. השתמש מאגר קאמרית וחדר משאבת ואקום כדי להסיר את האוויר שיורית ובינונית ליצירת.
- לבדוק את מפלס המים הראשונית של המיכל העליון. להשתמש בסרגל המצורפת למיכל.
- שלב הבדיקה
- לפתוח את השסתום בקצה של צנרת.
- באמצעות מערכת רכישת נתונים בחדר הבקרה, לבדוק את הנתונים נמדדו, כגון מפלס המים, קצב הזרימה ושינויים בלחץ, במהלך תופעת השבירה הקונכייה. אם אין יצוא של מערכת קירור, הניסוי הראשון מסתיים. לבסוף, להקליט את התוצאות ניסיוני שהושג עם מבחן מסוים התנאים.
- לשנות את המשתנים מבחן (ובינונית ליצירת גודל, גודל לוקה, נוכחות דיזה, ומיקום לוקה) כדלקמן.
- לשנות ובינונית ליצירת גודל במרוכז עד 2, 2.5, 3, 4, 5 ו 6; ובינונית ליצירת נתון מחוברת לצינור הראשי על-ידי ג'וינט מקורבות במיקום 2 באיור 2.
הערה: המשתנים ניסיוני, כגון ובינונית ליצירת גודל, גודל לוקה, הנוכחות של דיזה, משתנים באמצעות המפרק מקורבות עם ברגים ואומים. לכן, תהליכים אלה מתנהלים באופן ידני. - חזור על שלבים 1.1.1 - 1.2.2 עד ובינונית ליצירת כל הגדלים ניסויים נעשים.
- עם לוקה בעמדה 1, לשנות את גודל לוקה במרוכז עד 6, 8, 10, 12, 14 ו- 16 ס מ; כמפחית נתון מחובר לצינור הראשי על-ידי ג'וינט מקורבות בעמדה 3 באיור 2.
- חזור על שלבים 1.1.1 - 1.3.2 עד לוקה כל הגדלים ניסויים נעשים.
- התקנה דיזה (או הסרה דיזה) מחובר לצינור הראשי על-ידי ג'וינט מקורבות בתחתית המיכל העליון.
הערה: ניסויים של השלב הקודם בוצעו עם העדר (או נוכחות) של כגדולים. לכן, כגדולים צריך להיות מותקן (או מוסר) עבור הניסוי הבא.- כדי לעשות עבודה זו, להבטיח כי אין שם מים בתוך המיכל העליון.
- חזור על שלבים 1.1.1 - 1.3.4. כדי לאשר את השפעת ובינונית ליצירת וגודל לוקה תחת נוכחות (או היעדרות) של דיזה, חזור על השלב הקודם.
- לשנות את לוקה למיקום 2, כמו ניסויים של השלב הקודם בוצעו עם לוקה עמדה 1. לשנות את מיקום לוקה עבור הניסוי הבא.
הערה: בכיוונון ניסיוני, שתי עמדות לוקה בנויים. כל הצינור לוקה עם שסתום פרפר בידוד מחובר למערכת המרכזית צנרת.- כדי לשנות את מיקום לוקה, סגור את שסתום פרפר הניתוק במיקום לוקה 1 ופתח את השסתום במיקום לוקה 2.
- חזור על שלבים 1.1.1 - 1.3.6.
- לשנות ובינונית ליצירת גודל במרוכז עד 2, 2.5, 3, 4, 5 ו 6; ובינונית ליצירת נתון מחוברת לצינור הראשי על-ידי ג'וינט מקורבות במיקום 2 באיור 2.
2. הפעלת התוכנית סימולציה
- לחץ על סמל התוכנית לבצע את התוכנית סימולציה של מפסק הקונכייה.
הערה: ההליך זה הפגינו משלימה 1 וידאו. כפי שמוצג, המסך הראשוני של התוכנית סימולציה מורכב 4 כפתורים (הצגת פרמטר, ריצה, ידני, יציאה). כאשר המשתמש לוחץ ' להציג פרמטרים ' כפתור, נפתח חלון הפקודה חדש והוא כולל הרשימה של פרמטרים. המשתמש הוא מסוגל לשנות ולאשר את הערכים המספריים של משתנים. ' לרוץ ' לחצן מבצעת את החישובים על ידי החלפת את פרמטרי קלט לתוך נוסחות כלולים. ' מדריך ' כפתור נועד להודיע הגירסה השימוש ואת התוכנית, ואת ' יציאה ' לחצן סוגרת את התוכנית. התוצאות מוצגות באיור ' להראות תוצאות ' windows. - לחץ " הצג פרמטר " כפתור.
- לשנות נתוני הקלט בהתחשב בתנאים הסימולציה נתון.
- לחץ " לרוץ " כפתור.
- לבדוק את הצורה גרף מפלס המים ' להראות תוצאות ' חלון. התוכנית מארגנת את הערכים תוצאה עם הזמן, מתווה את הגרף באופן אוטומטי.
- דרך הצורה של הגרף, חזותית לאשר את האפשרות של הקונכייה שבירת; אם מפלס המים או הגובה undershooting יש אותו ערך באופן עקבי עד הסוף, אנחנו זקוקים רק לסיסמא שבירת אפשרית בתנאים נתונה. ראו איור 3-
- צ'ק פלטים אחרים ' להראות תוצאות ' חלון. שימו לב כי ישנם שמונה אפשרויות (מפלס המים undershooting גובה, לחץ, מים מהירות, מהירות אוויר, תערובת דו-שלבית מהירות, כמות, חיכוך) כדי לבדוק את הפלט. בחר את סוג התרשים באמצעות תיבת הסימון-
הערה: זה קל להבין את התופעה שבירת הקונכייה במבט חטוף כי השינוי של כל ערך עם הזמן ניתן לראות דרך הגרף. - לאשר את הערך של פלט בהתאם לשעה על ידי לחיצה " חישוב בזמן ספציפי " לחצן. הזן את השעה הרצויה ולבדוק את התוצאות לפי הזמן set-
- לשמור את כל הנתונים תוצאה סימולציה על-ידי לחיצה " לשמור את הנתונים " כפתור.
הערה: התוצאות נשמרות בצורה של קובץ הטקסט, וכל התנאים מדומה נשמרים יחד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התהליך כולו של הקונכייה שבירת מורכב משלושה שלבים. השלב הראשון הוא זרימה יוצאת של מערכת קירור בגלל ההשפעה הקונכייה. השלב השני הוא התהליך של הקמת בתנאיי האוויר דרך ובינונית ליצירת לחסום את איבוד נוזל קירור, שנקרא הקונכייה השבירה. ניתן לראות את התופעה שבירת הקונכייה עלייה חדה בלחץ מוחלט באיור3. לאחר הלחץ מוחלטת גדלה במהירות, זה מצטמצם בהדרגה בשל הירידה במפלס המים. . בסוף אנחנו זקוקים רק לסיסמא שבירת, מאז כמה שאריות מים זורם בחזרה אל מיכל העליון, הלחץ מוחלטת מגביר שוב. אם הקונכייה שבירת הושלם, יש זליגת נוספות של מערכת קירור, מצב זה נקרא 'מצב יציב'. כי יש עוד שינוי מצב, הלחץ מוחלטת גם נשמר קבוע. קצב הזרימה, אשר נשמר על ערך גבוה בשלב הראשון, פוחתת בהדרגה גם הקונכייה שבירת מתחיל. כאשר הקונכייה שבירת הושלם בהצלחה, דליפה נוזל קירור בהדרגה מופחתת, עצר כפי שמוצג 1 וידאו. לחץ ההפרש באיור 3 הראה נטייה להגדיל בהתמדה לאחר שבירת הקונכייה.
אם העלתה צינור מתרחשת בהיעדר מפסק הקונכייה, כל קירור ידלוף עקב אפקט הקונכייה. הניסוי המתאר העדר מפסק הקונכייה מוצג סרטון 2 (ב- XN; היעדר מפסק הקונכייה). מצד שני, וידאו 3 (בעוד; קו סוג הקונכייה מפסק) ו- 4 וידאו (HN; חור סוג הקונכייה מפסק) מראים כי מפסק הקונכייה מונעת ביעילות איבוד נוזל קירור. בשני המקרים, הוא אישר כי הקירור אינה דולפת מתחת לרמה מסוימת מים. כתוצאה מכך, הניסויים הראו כי מפסק הקונכייה יכול להיות מכשיר קיימא כדי למנוע איבוד נוזל קירור.
יתר על כן, מתוצאות הניסוי, ניתן היה להגדיר את היחס בין המקדם צ'ישולם התנאים עיצוב. בהתחלה, כדי לשקף את התנאים ניסיוני, התהליך של כוונון עדין של מקדם אובדן הלחץ בוצע. לאחר התאמת המקדם אובדן הלחץ, מקדם צ'ישולם B היה להסיק בשיטה ניסוי וטעייה. כי יש לקחת בחשבון את זרימת מסה של אוויר ומים בעת הגדרת הערך של מקדם צ'ישולם B, קריטריון להערכת והנהירה ההמונית באופן כמותי היה הכרחי. קריטריון זה נגזר באמצעות גורם קצב זרימת האוויר ואת זרימת מסה של מים. הקריטריון, קרא את הגורם C, משמשת כדי לקבוע את הקשר עם מקדם צ'ישולם B. הנוסחה המוצעת של גורם C ניתנת על ידי משוואה 2 , הגורם קצב זרימת אוויר ניתנת על ידי משוואה 39,10. בנוסחאות הבאות, ρ מייצג צפיפות ו- K02 מייצג את מקדם אובדן הלחץ בין מיקום 0 והמיקום 2. מאז צפיפות ואת הספרה '2' 3 משוואת מתמיד, הם יסולקו. לכן, סוג גורם קצב זרימת אוויר פשוטה נקרא הגורם F 2 במשוואה. צריך גם להעריך את זרימת מסת המים; זה גדל ככל לוקה גדל, אך האזור גדלה גם באותו זמן. לכן, והנהירה ההמונית עם גודל שונה לוקה מחולק על-ידי האזור כדי להשיג את זרימת מסה ליחידת שטח. כאן, הערך זרימת מסה מחושב רק לפני אוויר חודר לתוך הצינור.
(2)
(3)
כדי למצוא את הקשר בין מקדם צ'ישולם B ו C גורם, שימש ניתוח רגרסיה. כתוצאה מכך, שני סוג המתאם נוסחאות (המעריך פונקציה ריבועית) יכול להיגזר ואת ערכי R2 היו 0.93 (פונקציה מעריכית) ו- 0.97 (פונקציה ריבועית). כל פונקציה ניתנת כמו משוואה 4 ו- 5 משוואת9. משוואה 4 היה מסוגל לחזות גם עבור גודל גדול יחסית של לוקה, כגון 12 ו-16 בגדלים לוקה. מצד שני, משוואת 5 היה מסוגל לחזות גם עבור גדלי קטן יחסית של לוקה, כגון 8 ב ו-10 בגדלים לוקה. כתוצאה מכך, הפונקציה המעריכית היא משמשת לחיזוי עבור גודל גדול יחסית של לוקה גדול מ- 11 ב, ו פונקציה ריבועית משמש בשביל זה קטן מ- 11 ב.
(4)
(5)
כלומר, הממסד של המודל התיאורטי הוא משמעותי בכך נבואתו של הקונכייה שבירת תופעה אפשרית על ידי הנובעות המקדם צ'ישולם B התנאים עיצוב. לפיכך, הפיתוח של תוכנית סימולציה הכוללת את המודל התיאורטי יהיה מועיל לנתח את התופעה ועיצוב מפסק את הקונכייה.
הגרף משווה את הסימולציה ואת תוצאות ניסויית מוצג באיור5. בהתחשב לגרף, התוכנית סימולציה הצליח לחזות את התוצאות שהתקבלו בניסוי אמת-מידה. לא רק את התוצאות גובה undershooting, אלא גם על זרימת הנתונים המתקבלים לתוכנית סימולציה להציג דפוסים דומים לאלו שהושגו השפעול. איור 6 הוא הגרף קצב זרימה לעומת הזמן נלקח לוקה בגדלים של 12 ו-16 ב. עם זאת, ישנם כמה הבדלים בתחילת בין הניסוי לבין סימולציה. למעשה, הערכת קצב זרימה ניסיוני בשלב ההתחלה התבססה על הפריט החזותי וידאו, קצב זרימת הנתונים של הניסוי היה מתקבל על ידי חישוב מפלס המים נמוך יותר עבור 5 s. שיטה זו היה דרך חלופית כי זרימה קולי יכול לא למדוד את קצב הזרימה במדויק לפני הזרם מפותחת. ההבדל בין תוצאות ניסוי וסימולציות נראה בשל בנקודה זו. חוץ שלב ההתחלה, קצב הזרימה מדומה דומים לערכים ניסיוני, התוכנית ניבא את המגמה בהתאם לגודל לוקה באופן מדויק.
איור 3. תוצאת הניסוי. המשתנים הנמדדים כוללים את מפלס המים, undershooting גובה, לחץ, קצב הזרימה. בין התוצאות, מוצגים נתוני קצב לחץ וזרימה. בהתחשב השינוי בלחץ, התופעה במידה רבה מחולק לשלושה חלקים; איבוד נוזל קירור הקונכייה השבירה, מצב יציב. Pressure, אשר משתנה מעט שינויים לאובדן של מערכת קירור סעיף, גדל במהירות בתוך הקונכייה שבירת המקטע. כמו כן, הלחץ אינו משתנה במהלך מצב יציב. כמו כן, ניתן לראות כי קצב הזרימה פוחתת בהדרגה בשל שבירת הקונכייה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
באיור 4. אלגוריתם של תוכנית הדמיה- האלגוריתם מפותחת כדי להחיל את המודל התיאורטי9. כדי לשקף את התופעה אמיתי, תהליך החישוב הראשי של האלגוריתם כללה שלושה שלבים. אם מקבלים את פרמטרי קלט המשקפים את התנאים עיצוב, כל שלב מחושבת באופן אוטומטי לקריטריונים שניתנו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5. הערכת תוקף. כדי להעריך את הדיוק של התוצאות סימולציה, undershooting גובה מושווה עם תוצאות הניסוי. סימולציה נמצאה סבירה להתאים את הניסויים. במילים אחרות, התוכנית הסימולציה כוללת הופעה ממש טובה לניתוח של הקונכייה שוברים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6. תזרים שיעור גרף- קצב הזרימה מדומה (Sim) היה דומה הערכים (Exp) ניסיוני. כי הסימולציה יכול לחשב באופן מדויק יחסית הכמויות קצב זרימה, מדומה undershooting גובה מפלס המים הערכים ו דומים לערכים ניסיוני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
וידאו 1. הקונכייה מצליח לשבור (לוקה). הוידאו זה ניסוי עם מפסק הקונכייה. כאשר נפתח את שסתום פרפר במיקום לוקה, הקירור ידלוף החוצה. עם זאת, דליפה נוזל קירור בהדרגה מופחתת, הפסיק בשל מפסק הקונכייה. במילים אחרות, וידאו זה מציג שאת מפסק הקונכייה יכול למנוע דליפת נוזל קירור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
וידאו 2. היעדר הקונכייה החשמל (ב- XN). בהיעדר פקק הקונכייה, הקירור ממשיך לזרום החוצה, סוף סוף למפלס המים של המיכל העליון הופך להיות אפס. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
וידאו 3. קו סוג הקונכייה מפסק (LN). מפסק הקונכייה מונעת ביעילות איבוד נוזל קירור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
וידאו 4. חור סוג הקונכייה מפסק (HN). מפסק הקונכייה מונעת ביעילות איבוד נוזל קירור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
משלימה וידאו 1. הפעלת התוכנית סימולציה. המסך הראשוני של התוכנית סימולציה מורכב 4 כפתורים (הצגת פרמטר, ריצה, ידני, יציאה). כאשר המשתמש לוחץ על לחצן 'הצג פרמטרים', נפתח חלון הפקודה חדש והוא כולל הרשימה של פרמטרים. המשתמש הוא מסוגל לשנות ולאשר את הערכים המספריים של משתנים. לחצן 'הפעל' מבצעת את החישובים על ידי החלפת את פרמטרי קלט לתוך נוסחות כלולים. 'מדריך' נמצא הלחצן עבור להודיע את הגירסה השימוש ואת התוכנית, ה"יציאה" כפתור כדי לסגור את התוכנית. התוצאות מוצגות בחלונות 'הצג תוצאות'. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
פקק הקונכייה הוא מכשיר בטיחות המופעלים באופן. פסיבי משמש כדי למנוע איבוד נוזל קירור כאשר מתרחשת תאונה קרע של הצינור. עם זאת, קשה להחיל על מחקר עכשווי כורים כי לא ניסוי עבור הכורים אמת-מידה מחקר. מסיבה זו, אמת-מידה הניסוי נערך על ידי POSTECH ו- KAERI. המטרה של הניסוי היה לאשר כי שבירת הקונכייה הוא ריאלי את הגודל האמיתי-סולם, כדי לזהות גורמים שמשפיעים על לשאוב שבירה. תוצאות הניסוי הראה כי ובינונית ליצירת גודל וגודל לוקה היו הראשי משתנים המשפיעים על undershooting.
חישוב הקונכייה שבירת מורכבת בצורה מוגזמת כי ישנם פרמטרים רבים שצריך לקחת בחשבון. מחקרים קודמים לא הציגו מודל תאורטי משביע רצון על סיפון שוברים. מסיבה זו, מודל תאורטי אשר יכול לנתח את התופעה שבירת הקונכייה בפועל הוקמה מתוצאות הניסוי מפסק אמת-מידה הקונכייה. המודל התיאורטי התבססה על מכניקת הזורמים ואת מודל צ'ישולם זרימה שני שלבים. מ משוואות ברנולי, מהירות הזרימה יכולה להיגזר. יתר על כן, משתנים אחרים משמעותיים, כגון ספיקה, מפלס המים בגובה undershooting, יכול לחשב מן המודל התיאורטי בהתחשב זרימה שני שלבים.
בשלב הבא, פותחה תוכנית הדמיית מבוסס על המודל התיאורטי. כאשר בתוצאות הסימולציה הושוו עם תוצאות הניסוי, זה הוצג המודל התיאורטי יכול לנתח את תופעת השבירה הקונכייה אמיתי. בתוצאות הסימולציה יכול לשמש כבסיס ששפטתי את הבטיחות של כור המחקר נגד צינור קרע תאונה, התוכנית יכולה לשמש על עיצוב האתר של מפסק הקונכייה.
עם זאת, פיתח מודל תיאורטי של תוכנית הדמיה פותחו רק מהניסוי אמת-מידה עם 16 בגודל צינור הראשי. כדי לבדוק את הישימות של התוכנית סימולציה על סולמות שונים, אנו מכינים מתקן ניסיוני חדש בקנה מידה קטן הקונכייה מפסק בדיקות על-ידי miniaturizing במתקן ניסיוני הקודם אמת-מידה. מגוון רחב של C גורם, מקדם צ'ישולם B, כולל את מגוון ניסויים הקיים, ייחשב.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר הלאומי של קוריאה (NRF) גרנט ממומן על ידי ממשלת קוריאה (MSIP: משרד המדע, ICT ותכנון העתיד) (מס ' NRF-2016M2B2A9911771).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Absolute pressure transducer | Sensor Technics | CTE9000 | 0.05% full-scale error |
| Differential pressure transducer | Setra | C230 | 0.25% full-scale error |
| Ultrasonic flow meter | Tokyo Keiki | UFP-20 | Resolution 0.01m^3/h |
| Visual Studio 2012 | Microsoft | Windows 8 | Microsoft Foundation Class |
| E.R.W. steel pipe | Hyundai Hysco | KS D 3507(SPP) | 400A(out dia.) x 7.9mm(thickness) |
References
- McDonald, J., Marten, W. A Siphon Break as a Blocking Valve. , (1958).
- Neill, D. T., Stephens, A. G. Siphon Breaker Design Requirements 12. Experimental and Analytical Study. , Available from: https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426 (1993).
- Sakurai, F. JAERI-Research 99-016. Study for Improvements of Performance of the Test and Research Reactors. , (1999).
- Kang, S. H., et al. Final Report of Experimental Studies on Siphon Breaker. , Korea Atomic Energy Research Institute. (2011).
- Kang, S. H., et al. Experimental Study of Siphon breaker. , Korea Atomic Energy Research Institute. (2013).
- Kang, S. H. Siphon Breaker Design on Research Reactor with Real-Scale Experiment. , Pohang University of Science and Technology. (2015).
- Fossa, M., Guglielmini, G. Pressure Drop and Void Fraction Profiles during Horizontal Flow through Thin and Thick Orifices. Exp. Thermal Fluid Sci. 26, 513-523 (2002).
- Lee, K. Y., Kim, W. S. Development of siphon breaker simulation program for investing loss of coolant accident of a research reactor. Ann. Nucl. Energy. 101, 49-57 (2017).
- Lee, K. Y., Kim, W. S. Theoretical Study on Loss of Coolant Accident of a Research Reactor. Nucl. Eng. Des. 309, 151-160 (2016).
- Lee, K. Y., Seo, K. W., Chi, D. Y., Yoon, J. H., Kang, S. H., Kim, M. H. Experimental and analytical studies on the siphon breakers in research reactor. European Research Reactor Conference. , Prague, Czech Republic. 18-22 (2012).
