연구 반응 기에 대 한 사이 펀 브 레이 커 실험 및 시뮬레이션 연구

Summary

사이 펀 현상을 깨고 실험적으로 조사 하 고 이론적 모델 제안 했다. 이론적인 모델에 기반 하는 시뮬레이션 프로그램을 개발 하 고 시뮬레이션 프로그램의 결과 실험 결과와 비교 했다. 그것은 시뮬레이션 프로그램의 결과 실험 결과 잘 일치 체결 했다.

Abstract

연구 반응 기의 설계 조건에서 파이프 파열에 의해 유도 된 사이 펀 현상 연속 바깥쪽 물 흐름을 발생할 수 있습니다. 이 유출 방지 하기 위해, 제어 장치는 필요 합니다. 사이 펀 브 레이 커의 냉각수 물 손실을 효과적으로 제어를 활용할 수 있는 안전 장치 유형입니다.

깨는 사이 펀의 특성 분석, 실제 규모 실험 실시 했다. 실험의 결과에서 깨는 현상 사이 펀에 영향을 주는 몇 가지 디자인 요소는 발견 했다. 그러므로, 예측 하 고 분석 하는 다양 한 설계 조건에서 현상 깨는 사이 펀 이론적 모델을 개발할 필요가 있다. 실험 데이터를 사용 하 여 정확 하 게는 진보와 사이 펀 현상을 깨는의 결과 예측 하는 이론적 모델을 공식화 하는 것이 가능 했다. 설립된 이론적 모델 유체 역학에 근거 하 고 2 단계 흐름 분석 Chisholm 모델을 통합. Bernoulli의 방정식, 속도, 수량, 높이, 수 위, 압력, 마찰 계수, 및 2 단계 흐름에 관련 된 요소를 undershooting 수 얻을 또는 계산. 또한,이 연구에서 설립 모델을 활용, 싸이 펀 브 레이 커 분석 및 설계 프로그램 개발 되었습니다. 시뮬레이션 프로그램 이론적 모델 기초에 작동 하 고 그래프로 결과 반환 합니다. 사용자는 그래프의 모양을 선택 하 여 파괴 하는 사이 펀의 가능성을 확인할 수 있습니다. 또한, 전체 시뮬레이션 결과 저장 하는 것이 가능 하 고 시스템을 깨고 진짜 싸이 펀을 분석 하기 위한 자료로 사용할 수 있습니다.

결론적으로, 사용자는 침입 하는 싸이 펀 및 디자인이이 연구에서 개발 된 프로그램을 사용 하 여 사이 펀 브 레이 커 시스템의 상태를 확인할 수 있습니다.

Introduction

요르단 연구 및 훈련 반응 기 (JRTR) 김광일 연구 반응 기 (KJRR), 같은 접시 형 연료를 사용 하 여 원자로의 수는 최근에 증가 했다. 격판덮개 유형 연료를 쉽게 연결 하려면 연구 원자로 코어 하향 흐름을 요구 한다. 이후 연구 원자로 냉각 시스템의 그물 긍정적인 흡입 머리 필요, 일부 냉각 시스템 구성 요소 수 잠재적으로 원자로 아래 설치할 수 있습니다. 그러나, 원자로 아래 기본 냉각 시스템에서 파이프 파열 경우 사이 펀 효과 공기에 반응 기의 노출에서 발생할 수 있는 냉각수의 연속 배수를 발생 합니다. 이 잔여 열 제거할 수 없습니다, 어떤 심각한 사고로 이어질 수 있는 의미 합니다. 따라서, 냉각수 사고 (카)의 분실 시 심각한 사고를 방지할 수 있는 안전 장치 필요 하다. 사이 펀 브 레이 커 같은 안전 장치입니다. 그것은 효과적으로 공기의 돌입을 사용 하 여 배수를 방지할 수 있습니다. 전체 시스템을 시스템을 파괴 하는 사이 펀을 이라고 합니다.

연구 원자로 안전의 개선에 대 한 여러 연구를 실시 되었습니다. 맥도날드와 담 비¹ 적극적으로 동작 하는 차단기로 밸브를 깨는 싸이 펀의 성능 확인 실험을 실시. 닐과 스티븐 스² 소형 파이프에 수 동적으로 운영 장치 사이 펀 브 레이 커를 사용 하 여 실험을 수행. 사쿠라이³ 완전히 별도 공기-물 흐름 모델 적용 된 위반 사이 펀을 분석 하는 분석 모델을 제안 했다.

깨는 싸이 펀은 많은 매개 변수를 고려해 야 할 필요가 있기 때문에 매우 복잡 합니다. 또한, 실제 규모 연구 원자로 대 한 실험 수행 하지가지고 있기 때문에 현대 연구 원자로에 이전 연구를 적용 하기가 어렵습니다. 따라서, 이전 연구 하지 깨는 사이 펀에 대 한 만족 스러운 이론적인 모델을 제시 했습니다. 이런 이유로 실제 규모 실험 이론적인 모델을 확립 실시 했다.

연구 반응 기에 싸이 펀 브 레이 커의 효과 조사, 실제 규모 확인 실험 포항 대학 과학과 기술 (포)와 한국 원자력 연구 연구소 (한국 원자력 연구원)^{4,5에 의해 수행 되었습니다. ,6}. 그림 1 은 사이 펀 브 레이 커 실험에 대 한 실제 시설입니다. 그림 2 는 회로도 시설 그리고 시설 마크 포함.

그림 1입니다. 실증 실험을 깨는 사이 펀에 대 한 시설. 메인 파이프 크기에 16 이며 아크릴 창 관찰에 대 한 설치. 구멍은 압력 강하를 설명 하기 위해 준비 하는 장치. 따라서, 위 탱크의 바닥에 구멍 어셈블리 부분이 이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2입니다. 회로도의 실험 시설. 측정 포인트의 위치 제공 됩니다. 숫자 나타냅니다 이러한 관련 위치; 포인트 0 의미 사이 펀 브 레이 커의 입구, 지점 수 위를 의미 하는 1, 2 사이 펀 브 레이 커와 메인 파이프의 연결된 부분을 의미 포인트 및 포인트 3 의미는 카 위치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

상부 탱크, 낮은 탱크, 배관 시스템, 그리고 반환 펌프 사이 펀 브 레이 커 실험 시설에 의하여 이루어져 있다. 상단 탱크의 용량은 57.6 m^3입니다. 하단 영역 및 깊이 14.4 m² (4 m x 3.6 m) 및 4 m, 각각입니다. 낮은 탱크와로 카 위치는 상단 탱크 아래 위치한 8.3 m. 낮은 탱크의 용량은 70 m^3입니다. 낮은 탱크는 실험 기간 동안 물을 저장 하는 데 사용 됩니다. 낮은 탱크 반환 펌프에 연결 된다. 낮은 탱크에 있는 물은 상부 탱크에 양수 된다. 파이핑 시스템의 메인 파이프 크기에 16입니다. 사이 펀 브 레이 커 선 (SBL)의 끝은 낮은 파이프 위에 높이 위치 11.6 m 포인트를 파열. 또한, 그림 1에서 보듯이 아크릴 윈도우 시각화에 대 한 파이프에 설치 됩니다.

여러 장치는 물리적 신호를 측정 하기 위해 설치 되었다. 두 개의 절대 압력 변환기 (APTs)와 3 개의 차동 압력 트랜스듀서 (Dpt) 사용 되었다. 물 질량 유량을 측정 하는 초음파 유량 계는 사용 되었다. 데이터 수집 시스템은 시간 간격 250 ms에서 모든 측정 데이터를 가져오는 데 사용 되었다. 측정을 위한 장비 이외 카메라 관찰에 대 한 설치 및 통치자는 물 수준을 확인 상단 탱크의 내부 벽에 붙어 있던.

다양 한로 카와 사이 펀 브 레이 커 (SB) 크기, 사이 펀 차단기 종류 (선/구멍), 및 반응 기 연료와 파이프 파열 포인트에 대 한 구멍의 존재는 실험에서 고려 되었다. 로 카와 SBL 크기로 카와 SBL의 다양 한 크기의 효과 확인 하기 위하여 사용 되었다. 로 카 크기에 16 및 6에 2에서 배열 했다 SBL 크기에 6에서 배열 했다. 실험에 선 및 구멍 유형 사이 펀 분리기의 사용 되었다, 하지만이 연구의 다음과 같은 내용을 고려 JRTR와 KJRR에 사용 되는 SBL 유형. 실험 결과의 예를 들어, 그림 3 은 압력 및 물 흐름 속도 데이터를 포함 하는 그래프 이다. 2013 년 10 월 4 일에 실험을 실시 했다 고 실험 데이터 샘플은 LN23 (라인 유형 SB, 아니 오리 피스로 카, SBL에서 2.5에에서 12).

실험 데이터에서 깨는 현상 사이 펀을 예측할 수 있는 이론적 모델 설립 되었다. 이론적 모델 베르누이 방정식으로 시작 됩니다. 액체의 속도 베르누이 방정식에서 얻어진 다 고 파이프 지역에 의하여 액체의 속도 곱하여 체적 유량을 얻을 수 있습니다. 또한, 수 용적 율을 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 이론적 모델의 기본 개념은으로 위에. 그러나, 사이 펀 현상을 깨고 2 단계 흐름 이기 때문에, 고려해 야 할 추가 포인트가 있다. 2 단계 흐름 분석 모델을 고려, 정확도 확인 테스트를 수행 했습니다. Chisholm 모델 동종 모델 보다 더 정확 이후, Chisholm 모델 현상을 분석 하는 데 사용 됩니다. Chisholm 모델에 따라 2 단계 승수 수식은 공식 1⁷로 표현 된다. 이 방정식에서 ф 2 단계 배율, ρ는 밀도, 나타냅니다 나타내고 X 품질을 나타냅니다.

(1)

p class = "jove_content" > Chisholm에 모델, 질량 흐름 따라 다릅니다 계수 B 포함 했다. 궁극적으로, Chisholm 계수 B와 원자로 설계 조건 사이의 상관 관계 수식의 이론적 모델의 중요 한 포인트입니다. 즉, 실험의 또 다른 목적은 디자인 조건 및 B. Chisholm 계수 사이의 관계를 설정 하는 데이터를 했다 테스트 결과 설계 조건과 Chisholm 계수 B 사이의 상관 관계 수식 설립 되었다. 결과 이론적 모델 사이 펀 현상 잘 깨고 예측 위해 개발 되었습니다.

또한, 시뮬레이션 프로그램 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)와 함께 개발 되었습니다. 그림 3에서 절대 압력 데이터의 전환에 의해 현상 3 개의 단계로 분할 될 수 있다: 냉각수 (단상 흐름), 사이 펀 속보 (2 단계 흐름), 그리고 정상 상태의 손실. 따라서, 알고리즘의 주요 계산 프로세스 실제 현상의 3 단계에 해당 하는 3 단계 프로세스를 포함 합니다. 계산 프로세스를 포함 하 여 전체 알고리즘 시뮬레이션 프로세스를 설명 하기 위해 그림 4⁸에 표시 됩니다.

소프트웨어를 사용 하 여 (참조 추가 비디오 1) 시뮬레이션 하려면 사용자 입력 디자인 조건에 해당 하는 입력된 매개 변수 하 고 입력된 매개 변수는 고정된 값으로 저장 됩니다. 사용자는 매개 변수를 입력 한 후 시뮬레이션을 진행, 프로그램 첫 번째 단계 계산을 수행 합니다. 첫 번째 단계는 파이프 파열 후 사이 펀 효과 인해 냉각수의 손실에 대 한 계산 단상 계산입니다. 변수 (로 Bernoulli의 방정식, 질량 유량 보존, 등), 이론적인 모델에 의해 자동으로 계산 되 고 계산 사용자가 매개 변수 입력에서 진행. 계산 결과 사용자가 지정 된 시간 단위에 따라 컴퓨터 메모리에 순차적으로 저장 됩니다.

아래 물 수준 하락 위치 0, 의미는 단상 흐름 종료, 공기는 SBL에 지금이 순간에 서 두를 시작 하기 때문에. 따라서, 단일 단계 흐름에 대 한 첫 번째 단계는 물 수준 위치 0에 도달할 때까지 진행 한다. 때 수 위는 위치 0,이 undershooting 높이 0 임을 의미 합니다. Undershooting 높이 사이 펀 중단 후는 SBL의 입구와 상부 탱크 수 위 사이의 높이 차이 이다. 즉, 높이 undershooting 얼마나 수위가 사이 펀을 깨는 동안 감소 나타냅니다. 따라서, undershooting 높이 냉각수 손실의 양 직접 측정을 허용 하기 때문에 중요 한 매개 변수입니다. 따라서, 프로그램 undershooting 높이 첫 번째 단계 계산의 끝을 결정합니다.

Undershooting 높이 0 보다 큰 경우에, 프로그램 2 단계 흐름을 시뮬레이션할 수 있는 두 번째 단계 계산을 수행 합니다. 물과 공기 흐름 단계 깨는 사이 펀에 존재 하기 때문에, 두 액체의 물리적 속성 고려 되어야 한다. 따라서, 2 단계 배율, 품질, 그리고 무효 분수의 값이 계산 단계에서 고려 됩니다. 특히, void 분수 값 끝나는 두 번째 단계 계산의 기준으로 사용 됩니다. Void 분수 공기의 합계에 공기 흐름 및 물 흐름의 비로 나타낼 수 있습니다. 두 번째 단계 계산 void 분수 (α) 값이 0.9 이상 될 때까지 진행 한다. 때 α 0.9 이상, 제 3 단계 계산은 안정 상태를 설명 진행 됩니다. 이론적으로, 사이 펀 침입에 대 한 종료 기준 이다 α = 1 공기만이 시간에는 파이프에 존재 하기 때문. 그러나,이 프로그램에서 깨는 사이 펀에 대 한 최종 기준 α는 = 0.9 계산 과정에서 오류를 피하기 위해. 따라서, 결과의 부분 손실 불가피 하지만이 오류는 무시할 수 있습니다.

정상 상태 계산 사용자가 설정한 시간 동안 진행 됩니다. 있기 때문에 더 이상 변화, 안정 상태에 계산 결과 값은 항상 일정 한 특징 이다. 사이 펀 침입에 성공 하면 상단 탱크에 있는 물의 최종 수준 0이 아닌 특정 값에 유지 됩니다. 그러나, 사이 펀 깨고 성공적으로 수행 되지 않습니다, 냉각수는 거의 손실 됩니다 그리고 물의 최종 수준 접근 0 값. 따라서, 수 위 값 = 0 안정 된 상태에서 그것은 주어진된 설계 조건을 사이 펀 분리를 완료 하는 데 적절 한 되지 않습니다 나타냅니다.

계산 후 사용자는 다양 한 방법으로 결과 확인할 수 있습니다. 결과 싸이 펀을 깨고, 진행, 특이점을 깨는 사이 펀의 상태를 표시. 시뮬레이션 프로그램 수 예측 및 분석 현상 현실적으로 하 고 사이 펀 브 레이 커 시스템의 디자인에. 이 종이, 실험 프로토콜, 실험, 시뮬레이션 프로그램의 응용 프로그램의 결과 표시 됩니다.

Protocol

1. 실험 절차 ^{4 , , 5 6}

1. 준비 단계
   1. 확인 실험 시설. 로 카 크기, SBL 크기, 사이 펀 브 레이 커, 형식과 실험 전에 구멍의 존재 등 테스트 매트릭스 테스트 조건 확인 신중 하 게 테스트 매트릭스에 따라 달라 집니다. 또한, 테스트 하는 기기 및 시설 구성 요소 제대로 작동 데이터 또는 오작동 없이 확인.
   2. 낮은 탱크 안에 설치 된 반환 펌프를 사용 하 여 물 위 탱크를 채워.
   3. 는 SBL 내부 잔류 공기를 제거합니다. SBL에서 잔류 공기를 제거 하는 진공 펌프와 버퍼 챔버를 사용.
   4. 상단 탱크의 초기 물 수준을 확인합니다. 탱크에 부착 된 눈금자를 사용 하 여.
2. 테스트 단계
   1. 파이핑 시스템의 끝에 밸브를 엽니다.
   2. 빼돌리는 주요 현상 중 수 위, 유량, 압력 변화 등 측정된 데이터를 확인 데이터 수집 시스템을 사용 하 여 컨트롤 룸에서. 아무 유출 냉각수의 경우 첫 번째 실험은 끝납니다. 마지막으로, 주어진된 테스트 조건을 얻은 실험 결과 기록.
3. (SBL 크기로 카 크기, 구멍의 존재와 카 위치) 테스트 변수를 다음과 같이 변경.
   1. 변화는 SBL 크기 2, 2.5, 3, 4, 5, 및 6에 연속적으로, 주어진된 SBL 위치 2 그림 2에 플랜지 조인트에 의해 메인 파이프에 연결 되어.
      참고: SBL 크기로 카 크기, 구멍의 존재 등 실험 변수는 볼트와 너트와 플랜지 조인트를 사용 하 여 변경 됩니다. 따라서, 이러한 프로세스는 수동으로 실시 하 고 있습니다.
   2. 단계 1.1.1-1.2.2 모든 SBL 크기 실험 할 때까지 반복.
   3. 위치 1에에서 카와로 카 크기 6, 8, 10, 12, 14, 그리고 16 인치를 연속적으로 변경, 주어진된 감속 기는 그림 2에서 3의 위치에 플랜지 조인트에 의해 메인 파이프에 연결 되어.
   4. 단계 1.1.1-1.3.2 모든 카 크기 실험 할 때까지 반복.
   5. 구멍 (또는 제거 구멍) 상단 탱크의 바닥에 플랜지 조인트에 의해 메인 파이프에 연결 설치.
      참고: 이전 단계의 실험을가지고 실시 되었습니다 구멍의 부재 (또는 존재). 따라서, 구멍 해야 될 설치 (또는 제거) 다음 실험에 대 한.
      1. 상단 탱크 내부의 물 인지 확인이 작업을 하기 위해.
   6. 1.3.4 1.1.1-단계를 반복 하십시오. SBL와로 카 크기 구멍의 존재 (또는 결핍)의 효과 확인 하려면 이전 단계를 반복.
   7. 는로 카 위치 2, 변경 이전 단계의 실험으로 카 위치 1와 밖으로 진행 되었습니다. 다음 실험에 대 한로 카 위치 변경.
      참고: 실험 설정에서 두로 카 위치는 구성 됩니다. 각 카 파이프 절연 나비 밸브와 함께 주요 파이핑 시스템에 연결 됩니다.
      1. 카 위치를 변경 하려면 카 위치 1에서 격리 나비 밸브 닫고 카 위치 2에 밸브를 엽니다.
   8. 1.3.6 1.1.1-단계를 반복 하십시오.

2. 시뮬레이션 프로그램 실행

1. 빼돌리는 차단기 시뮬레이션 프로그램을 실행 하려면 프로그램 아이콘을 클릭 합니다.
   참고: 절차는 추가 비디오 1에서 보여 줍니다. 같이, 시뮬레이션 프로그램의 초기 화면 (매개 변수, 실행, 수동, 및 출구 표시) 4 버튼 구성 되어 있습니다. 사용자가 클릭할 때는 ' 매개 변수를 표시 ' 버튼, 새로운 명령 창이 열리고 매개 변수 목록이 포함 되어 있습니다. 사용자는 수정 하 고 변수의 숫자 값을 확인할 수 있습니다. ' 실행 ' 포함 된 공식으로 입력된 매개 변수를 대체 하 여 계산을 수행 하는 버튼. ' 수동 ' 버튼은 사용 및 프로그램 버전을 알리기 위한 그리고 ' 출구 ' 버튼 프로그램을 닫습니다. 결과에 표시 되는 ' 결과 보기 ' 창.
2. 클릭는 " 표시 매개 변수 " 버튼.
3. 주어진된 시뮬레이션 상황을 고려 하는 입력된 데이터 변경.
4. 클릭에 " 실행 " 단추.
5. 수 위 그래프 형태 검사는 ' 결과 보기 ' 창. 프로그램 시간, 결과 값을 구성 하 고 자동으로 그래프를 플롯.
   1. 그래프의 모양을 통해 시각적으로 빼돌리는 침입의 가능성을 확인, 물 수준 또는 undershooting 높이 있는 동일한 값 일관 되 게 끝까지, 경우 사이 펀 깨고 주어진된 조건 하에서 가능 하다. 그림 3을 참조 하십시오.
6. 다른 출력 체크는 ' 결과 보기 ' 창. Note 8 옵션 (수 위, undershooting 높이, 압력, 물 속도, 공기 속도, 2 단계 혼합 속도, 수량 및 마찰) 출력을 확인 하는. 확인란을 사용 하 여 그래프 유형 선택.
   참고: 그것은 시간으로 각 값의 변화를 그래프를 통해 볼 수 있습니다 때문에 싸이 펀 깨는 현상을 한 눈에 이해 하기 쉽습니다.
7. 클릭 하 여 시간에 따라 출력의 특정 값을 확인 합니다 " 특정 시간에 계산 " 버튼. 원하는 시간을 입력 하 고 설정된 된 시간에 따라 결과 확인 하십시오.
8. 클릭 하 여 모든 시뮬레이션 결과 데이터 저장은 " 데이터 저장 " 버튼.
   참고: 결과 텍스트 파일의 형태로 저장 하 고 시뮬레이션된 조건 함께 저장 됩니다.

Results

3 단계 깨는 사이 펀의 전체 과정에 의하여 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 사이 펀 효과 인해 냉각수의 유출 이다. 두 번째 단계는 냉각수, 싸이 펀 속보 라는 손실을 차단 하는 SBL 통해 공기의 유입을 시작 하는 과정 이다. 사이 펀 깨는 현상 그림3에서 절대 압력의 급상승으로 볼 수 있습니다. 절대 압력은 급속 하 게 증가, 후 수 위 감소 때문에 점차적으로 감소 된다. 사이 펀 상단 탱크에 다시 일부 잔여 물 흐름 이후 속보의 말에 절대 압력은 다시 증가 합니다. 깨는 사이 펀을 완료 하는 경우 냉각수의 더 누설 이며이 상태 ' 정상 상태 ' 라고. 있기 때문에 더 이상 상태 변화, 절대 압력 일정 또한 유지 됩니다. 첫 번째 단계는 높은 값에 유지 유량 끊기 시작 하는 사이 펀으로 점차적으로 감소 합니다. 깨는 싸이 펀은 때 성공적으로 완료, 냉각수 누설은 점차 감소 하 고 비디오

Discussion

사이 펀 차단기 파이프 파열 사고 발생 때 냉각수의 손실을 방지 하는 데 사용 하는 수 동적 운영 안전 장치입니다. 그러나, 실제 규모 연구 원자로 대 한 아무 실험 때문에 현대 연구 원자로에 적용 하기가 어렵습니다. 이런 이유로 실제 규모 실험 포와 한국 원자력 연구원에 의해 실시 했다. 실험의 목적은 사이 펀 속보는 실제 규모 크기에 가능한 식별에 영향을 주는 요인 깨는 사이 펀을 확인 했다. 실험 결과 카 크기와 SBL 크기 했다 주요 변수 undershooting에 영향을 미치는.

깨는 사이 펀의 계산은 많은 매개 변수를 고려해 야 할 필요가 있기 때문에 지나치게 복잡 합니다. 이전 연구는 하지 깨는 사이 펀에 대 한 만족 스러운 이론적인 모델을 제시 했다. 이런 이유로 실제 싸이 펀 분리 현상을 분석할 수 있는 이론적 모델 진짜 규모 사이 펀 브 레이 커 실험 결과에서 설립 되었다. 이론적 모델 유체 역학 및 2 단계 흐름 Chisholm 모델에 근거 했다. Bernou...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
절대 압력 변환기	센서 Technics	CTE9000	0.05% 실물 크기 오류
차압 변환기	Setra	C230	0.25% 실물 크기 오류
유량계	Tokyo Keiki	UFP-20	해상도 0.01m^3/h
Visual Studio 2012	Microsoft	Windows 8	Microsoft Foundation Class
E.R.W. 스틸	파이프 Hyundai Hysco	KS D 3507(SPP)	400A(외경) x 7.9mm(두께)