Name: Badanie eksperymentu i symulacji łamacza syfonów dla reaktora badawczego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-26T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Odkryj metody eksperymentalne i symulacyjne analizy zjawiska łamania syfonu w reaktorach badawczych. Symulacja precyzyjnie odwzorowuje wyniki doświadczalne, wspierając projektowanie systemów bezpieczeństwa.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez grant Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF) finansowany przez rząd Korei (MSIP: Ministerstwo Nauki, ICT i Planowania Przyszłości) (Nie. NRF-2016M2B2A9911771).

1. Procedura eksperymentalna4,5,6
<ol>
	<li>Etap przygotowawczy
	<ol>
		<li>Sprawdź placówkę doświadczalną. Na podstawie matrycy testowej przed eksperymentem dokładnie sprawdź warunki testowe matrycy testowej, takie jak rozmiar LOKA, rozmiar SBL, typy wyłączników syfonowych i obecność kryzy. Przetestuj również, aby potwierdzić, że oprzyrządowanie i komponenty obiektu działają poprawnie, bez zakłóceń danych lub usterek.</li>
		<li>Napełnij górny zbiornik wodą za pomocą pompy powrotnej zainstalowanej wewnątrz dolnego zbiornika.</li>
		<li>Usuń resztki powietrza z wnętrza SBL. Użyj pompy próżniowej i komory buforowej, aby usunąć resztki powietrza z SBL.</li>
		<li>Sprawdź początkowy poziom wody w górnym zbiorniku. Użyj linijki dołączonej do zbiornika.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Krok testowy
	<ol>
		<li>Otwórz zawór na końcu systemu rurociągów.</li>
		<li>Korzystając z systemu akwizycji danych w sterowni, sprawdź zmierzone dane, takie jak poziom wody, natężenie przepływu i zmiany ciśnienia, podczas zjawiska pękania syfonu. Jeśli nie ma odpływu chłodziwa, pierwszy eksperyment się kończy. Na koniec zapisz uzyskane wyniki eksperymentalne w podanych warunkach testowych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zmień zmienne testowe (rozmiar SBL, rozmiar LCA, obecność kryzy i położenie LOKA) w następujący sposób.
	<ol>
		<li>Zmień kolejno rozmiar SBL na 2, 2,5, 3, 4, 5 i 6 cali; dany SBL jest połączony z główną rurą za pomocą złącza kołnierzowego w pozycji 2 w <silna klasa="xfig">Rysunek 2. 
		UWAGA: Zmienne eksperymentalne, takie jak rozmiar SBL, rozmiar LOCA i obecność kryzy, są zmieniane za pomocą połączenia kołnierzowego ze i nakrętkami. Dlatego procesy te są przeprowadzane ręcznie.</li>
		<li>Powtarzaj kroki 1.1.1 - 1.2.2, aż wszystkie eksperymenty z rozmiarami SBL zostaną zakończone.</li>
		<li>Z LOCA w pozycji 1, zmień rozmiar LOCA kolejno na 6, 8, 10, 12, 14 i 16 cali; dany reduktor jest połączony z główną rurą za pomocą złącza kołnierzowego w pozycji 3 w <silna klasa="xfig">Rysunek 2.</li>
		<li>Powtarzaj kroki 1.1.1 - 1.3.2, aż wszystkie eksperymenty z rozmiarami LOCA zostaną zakończone.</li>
		<li>Zamontuj kryzę (lub wyjmij kryzę) połączoną z główną rurą za pomocą złącza kołnierzowego na dnie górnego zbiornika. 
		UWAGA: Eksperymenty z poprzedniego etapu zostały przeprowadzone przy braku (lub obecności) kryzy. Dlatego kryza powinna zostać zainstalowana (lub usunięta) do następnego eksperymentu.
		<ol>
			<li>Aby wykonać tę pracę, upewnij się, że w górnym zbiorniku nie ma wody.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Powtórz kroki 1.1.1 - 1.3.4. Aby potwierdzić wpływ rozmiaru SBL i LOCA pod obecność (lub brak) kryzy, powtórz poprzedni krok.</li>
		<li>Zmień LOCA na pozycję 2, ponieważ eksperymenty z poprzedniego kroku zostały przeprowadzone z pozycją LOCA 1. Zmień pozycję LOCA dla następnego eksperymentu. 
		UWAGA: W konfiguracji eksperymentalnej konstruowane są dwie pozycje LOKA. Każda rura LOCA z przepustnicą izolacyjną jest podłączona do głównego systemu rurociągów.
		<ol>
			<li>Aby zmienić pozycję LOKA, zamknij przepustnicę odcinającą w pozycji LOCA 1 i otwórz zawór w pozycji LOCA 2.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Powtórz kroki 1.1.1 - 1.3.6.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Uruchamianie programu symulacyjnego
<ol>
	<li>Kliknij ikonę programu, aby uruchomić program symulacyjny wyłącznika syfonu. 
	UWAGA: Procedura jest pokazana w filmie uzupełniającym 1. Jak pokazano, ekran początkowy programu symulacyjnego składa się z 4 przycisków (Pokaż parametr, Uruchom, Ręcznie i Wyjdź). Gdy użytkownik kliknie przycisk "Pokaż parametry", otworzy się nowe okno poleceń, które zawiera listę parametrów. Użytkownik ma możliwość modyfikowania i potwierdzania wartości liczbowych zmiennych. Przycisk "Uruchom" wykonuje obliczenia, podstawiając parametry wejściowe do dołączonych wzorów. Przycisk "Ręcznie" służy do powiadamiania o użytkowaniu i wersji programu, a przycisk "Wyjdź" zamyka program. Wyniki są wyświetlane w oknie "Pokaż wyniki".</li>
	<li>Kliknij przycisk "Pokaż parametr".</li>
	<li>Zmień dane wejściowe z uwzględnieniem podanych warunków symulacji.</li>
	<li>Kliknij przycisk "Uruchom".</li>
	<li>Sprawdź kształt wykresu poziomu wody w oknie "Pokaż wyniki". Program porządkuje wartości wyników w czasie i automatycznie wykreśla wykres.
	<ol>
		<li>Poprzez kształt wykresu potwierdź wizualnie możliwość pęknięcia syfonu; jeśli poziom wody lub wysokość niedoregulowania ma tę samą wartość niezmiennie do końca, pęknięcie syfonu jest możliwe w danych warunkach. Zobacz Rysunek 3.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sprawdź inne dane wyjściowe w oknie "Pokaż wyniki". Zwróć uwagę, że istnieje osiem opcji (poziom wody, wysokość niedoregulowania, ciśnienie, prędkość wody, prędkość powietrza, prędkość mieszanki dwufazowej, ilość i tarcie), aby sprawdzić wyjście. Wybierz typ wykresu za pomocą pola wyboru. 
	UWAGA: Na pierwszy rzut oka łatwo jest uchwycić zjawisko pękania syfonu, ponieważ zmianę każdej wartości w czasie można zobaczyć na wykresie.</li>
	<li>Potwierdź konkretną wartość wydruku w zależności od czasu, klikając przycisk "Oblicz w określonym czasie". Wprowadź żądany czas i sprawdź wyniki zgodnie z ustawionym czasem.</li>
	<li>Zapisz wszystkie dane wynikowe symulacji, klikając przycisk "Zapisz dane". 
	UWAGA: Wyniki są zapisywane w postaci pliku tekstowego, a symulowane warunki są zapisywane razem.</li>
</ol>

<ol><li>McDonald, J., Marten, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcDonald%2C+J+%22A+Siphon+Break+as+a+Blocking+Valve%22">A Siphon Break as a Blocking Valve</a>. , (1958).</li>
<li>Neill, D. T., Stephens, A. G. Siphon Breaker Design Requirements 12. Experimental and Analytical Study. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426">https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426</a> (1993).</li>
<li>Sakurai, F. JAERI-Research 99-016. Study for Improvements of Performance of the Test and Research Reactors. , (1999).</li>
<li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKang%2C+SH+%22Final+Report+of+Experimental+Studies+on+Siphon+Breaker%22">Final Report of Experimental Studies on Siphon Breaker</a>. , Korea Atomic Energy Research Institute. (2011).</li>
<li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKang%2C+SH+%22Experimental+Study+of+Siphon+breaker%22">Experimental Study of Siphon breaker</a>. , Korea Atomic Energy Research Institute. (2013).</li>
<li>Kang, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ndsl.kr/ndsl/search/detail/article/articleSearchResultDetail.do?cn=DIKO0013730764">Siphon Breaker Design on Research Reactor with Real-Scale Experiment</a>. , Pohang University of Science and Technology. (2015).</li>
<li>Fossa, M., Guglielmini, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0894177702001565">Pressure Drop and Void Fraction Profiles during Horizontal Flow through Thin and Thick Orifices.</a> Exp. Thermal Fluid Sci. 26, 513-523 (2002).</li>
<li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030645491630305X">Development of siphon breaker simulation program for investing loss of coolant accident of a research reactor.</a> Ann. Nucl. Energy. 101, 49-57 (2017).</li>
<li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954931630334X">Theoretical Study on Loss of Coolant Accident of a Research Reactor.</a> Nucl. Eng. Des. 309, 151-160 (2016).</li>
<li>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).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wyłącznik syfonowy to pasywnie obsługiwane urządzenie zabezpieczające służące do zapobiegania utracie chłodziwa w przypadku pęknięcia rury. Jest to jednak trudne do zastosowania we współczesnych reaktorach badawczych, ponieważ nie ma eksperymentu dla reaktorów badawczych na skalę rzeczywistą. Z tego powodu eksperyment na skalę rzeczywistą został przeprowadzony przez POSTECH i KAERI. Celem eksperymentu było potwierdzenie, że złamanie syfonu jest możliwe w skali rzeczywistej oraz zidentyfikowanie czynników wpływających na ...

W ostatnim czasie wzrosła liczba reaktorów wykorzystujących paliwo płytkowe, takich jak Jordan Research and Training Reactor (JRTR) oraz KiJang Research Reactor (KJRR). Aby umożliwić łatwe łączenie paliwa płytkowego, reaktor badawczy wymaga przepływu rdzenia w dół. Ponieważ reaktory badawcze wymagają dodatkowej wysokości ssania netto (NPSH) pierwotnego układu chłodzenia, niektóre komponenty układu chłodzenia mogą zostać zainstalowane poniżej reaktora. Jednakże, w przypadku pęknięcia rury w pierwotnym układzie chłodzenia poniżej reaktora, efekt syfonu powoduje ciągły odpływ chłodziwa, co może doprowadzić do odsłonięcia reaktora. Oznacza to, że ciepło szczątkowe nie może zostać odprowadzone, co może doprowadzić do poważnego wypadku. Dlatego w przypadku awarii z utratą chłodziwa (LOCA) niezbędne jest urządzenie zabezpieczające, które może zapobiec poważnemu wypadkowi. Takim urządzeniem zabezpieczającym jest przerywacz syfonu. Może on skutecznie zapobiec odpływowi wody poprzez wykorzystanie napływu powietrza. Cały układ nazywany jest układem przerywania syfonu.
Przeprowadzono szereg badań mających na celu poprawę bezpieczeństwa reaktorów badawczych. McDonald i Marten1 przeprowadzili eksperyment w celu potwierdzenia wydajności zaworu przerywającego syfon jako aktywnie działającego przerywacza. Neill i Stephens2 przeprowadzili eksperyment z wykorzystaniem przerywacza syfonu jako urządzenia działającego pasywnie w ruro przewodzie o małej średnicy. Sakurai3 zaproponował model analityczny do analizy przerywania syfonu, w którym zastosowano model przepływu powietrze-woda w pełni rozdzielonego.
Przerwanie syfonu jest procesem niezwykle złożonym, ponieważ należy wziąć pod uwagę wiele parametrów. Co więcej, ze względu na brak eksperymentów przeprowadzonych w skali rzeczywistej dla reaktorów badawczych, trudne jest zastosowanie wcześniejszych badań do współczesnych reaktorów badawczych. W związku z tym dotychczasowe prace nie przedstawiły satysfakcjonującego modelu teoretycznego przerwania syfonu. Z tego powodu przeprowadzono eksperyment w skali rzeczywistej w celu opracowania modelu teoretycznego.
W celu zbadania wpływu przerywacza syfonu na reaktor badawczy, Pohang University of Science and Technology (POSTECH) oraz Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) przeprowadziły eksperymenty weryfikacyjne w skali rzeczywistej4,5,6. Rysunek 1 przedstawia rzeczywistą instalację do eksperymentu z przerywaczem syfonu. Rysunek 2 pokazuje schemat instalacji wraz z oznaczeniami elementów.
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig1.jpg" /> 
Rysunek 1. Układ do eksperymentu demonstracyjnego z przerwaniem syfonu. Główna rura ma rozmiar 16 in i zainstalowano w niej akrylowe okno obserwacyjne. Zwężka jest urządzeniem przygotowanym do opisania spadku ciśnienia. W związku z tym, w dolnej części górnego zbiornika znajduje się zespół zwężki. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rysunek 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig2.jpg" /> 
Rysunek 2. Schemat instalacji eksperymentalnej. Przedstawiono rozmieszczenie punktów pomiarowych. Numery wskazują odpowiednie lokalizacje; punkt 0 oznacza wlot przerywacza syfonu, punkt 1 oznacza poziom wody, punkt 2 oznacza miejsce połączenia przerywacza syfonu z rurą główną, a punkt 3 oznacza miejsce wystąpienia LOCA. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Eksperymentalna instalacja przerywacza syfonu składa się z górnego zbiornika, dolnego zbiornika, systemu rurociągów oraz pompy powrotnej. Pojemność górnego zbiornika wynosi 57.6 m3. Powierzchnia dna i głębokość wynoszą odpowiednio 14.4 m2 (4 m x 3.6 m) oraz 4 m. Dolny zbiornik i miejsce wystąpienia LOCA znajdują się 8.3 m poniżej górnego zbiornika. Pojemność dolnego zbiornika wynosi 70 m3. Dolny zbiornik służy do magazynowania wody podczas eksperymentu. Jest on połączony z pompą powrotną, która tłoczy wodę z dolnego zbiornika do górnego. Średnica głównej rury w systemie rurociągów wynosi 16 in. Końcówka linii przerywacza syfonu (SBL) znajduje się na wysokości 11.6 m powyżej punktu pęknięcia dolnej rury. Ponadto, w celu wizualizacji, na rurociągu zainstalowano okna akrylowe, jak pokazano na Rysunku 1.
W celu pomiaru sygnałów fizycznych zainstalowano kilka urządzeń. Wykorzystano dwa przetworniki ciśnienia absolutnego (APT) oraz trzy przetworniki ciśnienia różnicowego (DPT). Do pomiaru masowego natężenia przepływu wody użyto ultradźwiękowego przepływomierza. System akwizycji danych posłużył do gromadzenia wszystkich danych pomiarowych w odstępach czasu 250 ms. Oprócz aparatury pomiarowej zainstalowano kamery do obserwacji oraz przymocowano linijkę do wewnętrznej ścianki górnego zbiornika w celu kontroli poziomu wody.
W eksperymencie uwzględniono różne rozmiary awarii chłodzenia (LOCA) i przerywaczy syfonowych (SB), rodzaje przerywaczy syfonowych (liniowe/otworowe) oraz obecność otworu dławiącego w odniesieniu do paliwa reaktora i punktu pęknięcia rury. Aby zweryfikować wpływ rozmiaru LOCA i SBL, zastosowano różne wymiary LOCA i SBL. Rozmiary LOCA mieściły się w przedziale od 6 in do 16 in, a rozmiary SBL od 2 in do 6 in. W eksperymencie wykorzystano przerywacze syfonowe typu liniowego i otworowego, jednak w dalszej części niniejszej pracy rozważano jedynie typ SBL stosowany w JRTR i KJRR. Jako przykład wyników eksperymentalnych, Rysunek 3 przedstawia wykres zawierający dane dotyczące ciśnienia i natężenia przepływu wody. Eksperyment przeprowadzono 4 października 2013 r., a próbka danych eksperymentalnych to LN23 (SB typu liniowego, brak otworu dławiącego, LOCA 12 in, SBL 2,5 in).
Na podstawie danych eksperymentalnych opracowano model teoretyczny pozwalający przewidzieć zjawisko przerwania syfonu. Model teoretyczny opiera się na równaniu Bernoulliego. Prędkość płynu wyznacza się z równania Bernoulliego, a natężenie przepływu objętościowego można uzyskać poprzez pomnożenie prędkości płynu przez pole przekroju rury. Ponadto, znając natężenie przepływu objętościowego, można wyznaczyć poziom wody. Powyższe punkty stanowią podstawę koncepcji modelu teoretycznego. Jednakże, ponieważ przerwanie syfonu jest przepływem dwufazowym, należy uwzględnić dodatkowe aspekty. W celu opracowania modelu analizy przepływu dwufazowego przeprowadzono test weryfikacji dokładności. Ponieważ model Chisholma okazał się dokładniejszy od modelu homogenicznego, do analizy zjawiska zastosowano model Chisholma. Zgodnie z modelem Chisholma, wzór na mnożnik dwufazowy przedstawiono w Równaniu 17. W równaniu tym ф oznacza mnożnik dwufazowy, ρ oznacza gęstość, a X oznacza zawartość pary.
<img alt="Równanie 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq1.jpg" /> (1)
W modelu Chisholma uwzględniono współczynnik B, który zmienia się wraz z natężeniem przepływu masy. Ostatecznie wyprowadzenie formuły korelacyjnej między współczynnikiem B Chisholma a warunkami konstrukcyjnymi reaktora stanowi kluczowy punkt modelu teoretycznego. Innymi słowy, kolejnym celem eksperymentu było pozyskanie danych do ustalenia zależności między warunkami konstrukcyjnymi a współczynnikiem B Chisholma. Na podstawie wyników badań opracowano formułę korelacyjną między warunkami konstrukcyjnymi a współczynnikiem B Chisholma. Powstały model teoretyczny został opracowany w celu skutecznego przewidywania zjawiska przerwania syfonu.
Ponadto opracowano program symulacyjny z graficznym interfejsem użytkownika (GUI). Na podstawie zmian danych ciśnienia absolutnego przedstawionych na Rysunku 3, zjawisko to można podzielić na trzy etapy: utratę chłodziwa (przepływ jednofazowy), przerwanie syfonu (przepływ dwufazowy) oraz stan ustalony. W związku z tym główny proces obliczeniowy algorytmu obejmuje trzy kroki odpowiadające trzem etapom rzeczywistego zjawiska. Cały algorytm opisujący proces symulacji, wraz z procesem obliczeniowym, przedstawiono na Rysunku 48.
Aby rozpocząć symulację za pomocą oprogramowania (patrz Supplemental Video 1), użytkownik wprowadza parametry wejściowe odpowiadające warunkom projektowym, które są następnie zapisywane jako wartości stałe. Jeśli użytkownik kontynuuje symulację po wprowadzeniu parametrów, program wykonuje obliczenia dla pierwszego kroku. Pierwszym krokiem jest obliczenie jednofazowe, obejmujące obliczenia ubytku chłodziwa w wyniku efektu syfonu po pęknięciu rurociągu. Zmienne są obliczane automatycznie przez model teoretyczny (zgodnie z równaniem Bernoulliego, zasadą zachowania strumienia masy itp.), a obliczenia przebiegają w oparciu o parametry wprowadzone przez użytkownika. Wyniki obliczeń są sekwencyjnie zapisywane w pamięci komputera zgodnie z jednostką czasu określoną przez użytkownika.
Jeśli poziom wody spadnie poniżej pozycji 0, oznacza to koniec przepływu jednofazowego, ponieważ w tym momencie powietrze zaczyna wnikać do SBL. W związku z tym pierwszy etap przepływu jednofazowego trwa do momentu, gdy poziom wody osiągnie pozycję 0. Gdy poziom wody znajduje się w pozycji 0, oznacza to, że wysokość spadku jest równa zero. Wysokość spadku to różnica wysokości między wlotem SBL a poziomem wody w górnym zbiorniku po przerwaniu syfonu. Innymi słowy, wysokość spadku wskazuje, o ile obniżył się poziom wody podczas przerywania syfonu. Z tego względu wysokość spadku jest istotnym parametrem, ponieważ pozwala na bezpośrednie określenie ilości utraconego chłodziwa. W konsekwencji program wyznacza koniec obliczeń pierwszego etapu na podstawie wysokości spadku.
Jeśli wysokość niedostrzału jest większa od zera, program wykonuje obliczenia w drugim kroku, które mogą symulować przepływ dwufazowy. Ponieważ w fazie przerywania syfonu występuje przepływ zarówno wody, jak i powietrza, należy uwzględnić właściwości fizyczne obu płynów. W związku z tym w tym kroku obliczeniowym uwzględnia się wartości mnożnika dwufazowego, jakości oraz ułamka pustek. W szczególności wartość ułamka pustek jest wykorzystywana jako kryterium zakończenia obliczeń w drugim kroku. Ułamek pustek można wyrazić jako stosunek przepływu powietrza do sumy przepływów powietrza i wody. Obliczenia w drugim kroku są kontynuowane do momentu, gdy wartość ułamka pustek (α) przekroczy 0,9. Gdy α przekroczy 0,9, następuje trzeci krok obliczeń, który opisuje stan ustalony. Teoretycznie kryterium zakończenia przerywania syfonu to α = 1, ponieważ w tym czasie w rurze znajduje się tylko powietrze. Jednak w tym programie kryterium zakończenia przerywania syfonu ustalono na α = 0,9, aby uniknąć błędów w procesie obliczeniowym. W związku z tym nieunikniona jest częściowa utrata wyników, lecz błąd ten może być pomijalny.
Obliczenia stanu ustalonego są przeprowadzane w czasie określonym przez użytkownika. Ponieważ nie występują już dalsze zmiany, stan ustalony charakteryzuje się tym, że wartości wyników obliczeń są stałe. Jeśli przerwanie syfonu przebiegnie pomyślnie, końcowy poziom wody w górnym zbiorniku pozostanie na określonej wartości, a nie spadnie do zera. Jednakże, jeśli przerwanie syfonu nie zostanie wykonane pomyślnie, chłodziwo zostanie niemal całkowicie utracone, a końcowy poziom wody będzie zbliżał się do wartości zero. Zatem, jeśli w stanie ustalonym wartość poziomu wody jest równa zero, wskazuje to, że przyjęte warunki projektowe są niewystarczające do całkowitego przerwania syfonu.
Po wykonaniu obliczeń użytkownik może potwierdzić wyniki na różne sposoby. Wyniki wskazują status przerwania syfonu, postęp przerywania syfonu oraz osobliwość. Program symulacyjny pozwala na realistyczne przewidzenie i analizę zjawiska oraz wspomaga projektowanie systemu przerywacza syfonu. W niniejszej pracy przedstawiono protokół eksperymentalny, wyniki doświadczeń oraz zastosowanie programu symulacyjnego.

<table><tbody><tr><td>Przetwornik ciśnienia bezwzględnego</td><td>Sensor Technics</td><td>CTE9000</td><td>0,05% błędu w pełnej skali</td></tr><tr><td>Przetwornik różnicy ciśnień</td><td>Setra</td><td>C230</td><td>0,25% błąd pełnej skali</td></tr><tr><td>Przepływomierz ultradźwiękowy</td><td>Tokyo Keiki</td><td>UFP-20</td><td>Rozdzielczość 0,01m^3/h</td></tr><tr><td>Visual Studio 2012</td><td>Microsoft</td><td>Windows 8</td><td>Microsoft Foundation Class</td></tr><tr><td>Stal ERW rura</td><td>Hyundai Hysco</td><td>KS D 3507 (SPP)</td> <td>400 A (średnica zewnętrzna) x 7,9 mm (grubość)</td></tr></tbody></table>

badanie eksperymentu i symulacji łamacza syfonów dla reaktora badawczego

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

W warunkach projektowych reaktora badawczego, zjawisko syfonu wywołane pęknięciem rury może powodować ciągły przepływ wody na zewnątrz. Aby zapobiec temu odpływowi, wymagane jest urządzenie sterujące. Wyłącznik syfonowy to rodzaj urządzenia zabezpieczającego, które można wykorzystać do skutecznego kontrolowania utraty wody chłodzącej.
Aby przeanalizować charakterystykę pękania syfonu, przeprowadzono eksperyment na rzeczywistą skalę. Na podstawie wyników eksperymentu stwierdzono, że istnieje kilka czynników konstrukcyjnych, które wpływają na zjawisko pękania syfonu. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania modelu teoretycznego zdolnego do przewidywania i analizowania zjawiska pękania syfonu w różnych warunkach projektowych. Na podstawie danych eksperymentalnych udało się sformułować model teoretyczny, który dokładnie przewiduje postęp i wynik zjawiska pękania syfonu. Ustalony model teoretyczny opiera się na mechanice płynów i obejmuje model Chisholma do analizy przepływu dwufazowego. Z równania Bernoulliego można uzyskać lub obliczyć prędkość, wielkość, wysokość niedoregulowania, poziom wody, ciśnienie, współczynnik tarcia i czynniki związane z przepływem dwufazowym. Ponadto, aby wykorzystać model ustalony w tym badaniu, opracowano program do analizy i projektowania wyłącznika syfonów. Program symulacyjny działa w oparciu o model teoretyczny i zwraca wynik w postaci wykresu. Użytkownik może potwierdzić możliwość pęknięcia syfonu, sprawdzając kształt wykresu. Ponadto możliwe jest zapisanie całego wyniku symulacji, który może być wykorzystany jako zasób do analizy rzeczywistego systemu hamowania syfonu.
Podsumowując, użytkownik może potwierdzić stan wyłącznika syfonu i zaprojektować system wyłącznika syfonu za pomocą programu opracowanego w tym badaniu.

Cały proces przerywania syfonu składa się z trzech etapów. Pierwszym etapem jest wypływ chłodziwa spowodowany efektem syfonowym. Drugim etapem jest proces inicjacji dopływu powietrza przez SBL w celu zablokowania utraty chłodziwa, nazywany przerywaniem syfonu. Zjawisko przerywania syfonu objawia się jako gwałtowny wzrost ciśnienia absolutnego na Rysunku 3. Po szybkim wzroście ciśnienie absolutne stopniowo spada z powodu obniżenia poziomu wody. Pod koniec proc...

Zjawisko pękania syfonu zostało zbadane eksperymentalnie i zaproponowano model teoretyczny. Opracowano program symulacyjny oparty na modelu teoretycznym, a wyniki programu symulacyjnego porównano z wynikami eksperymentalnymi. Stwierdzono, że wyniki programu symulacyjnego dobrze pokrywają się z wynikami eksperymentalnymi.

Badanie eksperymentu i symulacji łamacza syfonów dla reaktora badawczego

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu i symulacji jest zbadanie zjawiska przerywania syfonu w celu usprawnienia projektu i analizy urządzenia do przerywania syfonu w reaktorze badawczym. Ten odcinek może pomóc w odpowiedzi na kilka pytań dotyczących bezpieczeństwa naszego reaktora badawczego, na przykład w kwestii zapobiegania powtarzającym się awariom. Główną zaletą tej techniki jest fakt, że zjawisko przerywania syfonu można łatwo i precyzyjnie analizować.Dane do tego eksperymentu zostały zebrane w laboratorium przepływów dwufazowych na Pohang University of Science and Technology. Ten schemat przedstawia ogólny opis jego cech oraz sprzętu wykorzystanego do monitorowania. Znajduje się tam górny zbiornik o pojemności 57,6 m³.W zestawie znajduje się opcjonalny zespół otworów. Dolny zbiornik znajduje się 8,3 metrów poniżej zbiornika górnego i ma pojemność 70 metrów sześciennych. Woda zgromadzona w dolnym zbiorniku może zostać ponownie wykorzystana za pomocą pompy powrotnej.System rurociągów składa się z rury o średnicy 16 cali. Występują w nim dolne i górne punkty pęknięcia, określane jako miejsca awarii z utratą chłodziwa (ang. Loss of Coolant Accident, LOCA). Linia przerywacza syfonu kończy się w górnym zbiorniku, 11,6 metrów powyżej dolnego punktu pęknięcia rury.System monitorowany jest przez dwa przetworniki ciśnienia absolutnego oraz trzy przetworniki ciśnienia różnicowego. Znajduje się w nim również ultradźwiękowy przepływomierz. Cztery kamery rejestrują poszczególne obszary eksperymentu przez okna obserwacyjne.W ramach eksperymentów zbadano wpływ zmiennej wielkości LOCA, średnicy linii przerywacza syfonu, rodzajów przerywaczy syfonu oraz obecności otworu dławiącego. Aparatura ta w Handong Global University jest modelem w skali 1/8 instalacji, która zostanie wykorzystana do zaprezentowania protokołu eksperymentalnego. Porównaj jej schemat ze schematem oryginalnej instalacji.Wszystkie istotne cechy zostały uwzględnione, lecz w zarządzalnej skali. W celu przygotowania do eksperymentu należy upewnić się, że cała aparatura monitorująca jest zainstalowana i gotowa do pracy. Następnie należy określić zakres warunków eksperymentalnych, które będą badane.W tej demonstracji zostaną wykorzystane linie przełamujące syfon o średnicach 1/2 cala i 1/4 cala. Ponadto w miejscu LOCA znajdzie się otwór o średnicy jednego lub dwóch cali, utworzony poprzez podłączenie odpowiednich rur. Warunki eksperymentalne tej aparatury zostały ustalone.Linia przerywacza syfonu o średnicy 1/2 cala jest na miejscu i podłączona do rury prowadzącej ze zbiornika do LOCA. W pierwszym eksperymencie zostanie wykorzystany dolny LOCA na końcu tej rury. Eksperyment rozpoczyna się od rozmiaru LOCA wynoszącego jeden cal.Po wykonaniu wszystkich przygotowań należy napełnić górny zbiornik wodą. Przed kontynuacją należy sprawdzić początkowy poziom wody. Po uruchomieniu rejestracji pomiarów należy powrócić do dolnego miejsca LOCA.Następnie otwórz zawór, aby rozpocząć przepływ wody i przeprowadzić test. Zbieraj dane do momentu, aż przepływ wody do dolnego zbiornika ustanie. Przed kontynuacją zamknij dolny zawór LOCA.Po zapisaniu zebranych danych należy przygotować się do kolejnego warunku testowego. Wymaga to usunięcia rurki ustalającej rozmiar LOCA. Należy zastąpić ją rurką o kolejnej średnicy zaplanowanej do testów.W tym przypadku należy użyć otworu o średnicy dwóch cali. Gdy górny zbiornik zostanie ponownie napełniony, otwórz dolny punkt LOCA, aby zebrać dane w tej konfiguracji. Trzeci test wymaga wymiany linii przerywacza syfonu.Usuń linię o średnicy 1/2 cala z jej pozycji. Zastąp ją linią z zaworem przeciwsyfonowym o średnicy 1/4 cala, która jest linią o kolejnej średnicy dla tych testów. Ponownie napełnij górny zbiornik i przeprowadź test.W razie potrzeby należy kontynuować przeprowadzanie testów dla wszystkich konfiguracji, w tym dla zmian położenia LOCA. Kolejnym krokiem jest analiza eksperymentów za pomocą symulacji komputerowej. Jest to ekran początkowy programu Siphon Breaker Simulation Program.Aby sprawdzić parametry, należy kliknąć przycisk Pokaż parametry. Na nowym ekranie wyświetlane są parametry wykorzystane w symulacji. Po wprowadzeniu niezbędnych zmian należy kliknąć OK, aby powrócić do ekranu początkowego.Następnie kliknij przycisk Run. Po wyświetleniu prośby wprowadź przedział czasowy, który obejmie symulacja. Kliknij OK, aby przejść do wykresu poziomu wody.Na wykresie poziom wody przedstawiono jako funkcję czasu w wybranym przedziale czasowym. Przeanalizuj wykres, aby ustalić, czy przy zadanych parametrach dochodzi do przerwania syfonu. Aby sprawdzić inne wyniki, zaznacz odpowiednie pole wyboru poniżej wykresu.Aby wyświetlić wykres ciśnienia, kliknij pole p2. Kliknij pole waterlevel, aby usunąć pierwotny wykres. Aby wyświetlić natężenie przepływu, kliknij pole q12.Usuń wykres ciśnienia, klikając ponownie p2. Po zakończeniu kliknij przycisk Save the data, aby utworzyć tekstowy plik danych. Potwierdź tę czynność w wyświetlonym oknie dialogowym.Kliknij OK, aby powrócić do ekranu głównego. Następnie kliknij Exit, aby wyjść z programu. Plik danych znajdzie się w tym samym katalogu co program symulacyjny.Jego zawartość umożliwia szczegółową analizę wyników symulacji numerycznej. Są to dane z eksperymentu w pełnej skali przeprowadzonego w laboratorium przepływów dwufazowych na Pohang University of Science and Technology. Czarne kółka reprezentują dane dotyczące różnicy ciśnień.Szare trójkąty reprezentują dane dotyczące ciśnienia absolutnego. Oba zestawy odnoszą się do lewej osi pionowej. Czerwone krzyżyki to dane dotyczące natężenia przepływu wody, które odnoszą się do prawej osi pionowej.Eksperyment składa się z trzech etapów. Pierwszym jest utrata chłodziwa. Drugim jest przerwanie syfonu.Po trzecie jest Stan Stacjonarny. Wykres ten umożliwia porównanie wyników doświadczalnych dla natężenia przepływu wody z wynikami uzyskanymi z symulacji programowej. Niebieskie kwadraty reprezentują dane dla otworu LOCA o średnicy 12 cali, a niebieska linia odpowiada powiązanej z nim symulacji.Dane dla otworu LOCA o średnicy 16 cali przedstawiono czerwonymi kółkami, a czerwona linia oznacza wyniki symulacji. Jest to kolejny test modelu. Położenie poziome czarnego kółka odpowiada eksperymentalnie zmierzonej wysokości undershootingu.Pozycja pionowa to wysokość niedostrzelenia (Undershooting height) z symulacji. Linia niebieska odpowiada przypadkowi, w którym wartości z eksperymentu i symulacji są równe. Wykres sugeruje, że model może być wykorzystany do analizy przerywania syfonu.Implikacje tej techniki rozciągają się na diagnostykę bezpieczeństwa reaktora badawczego, ponieważ program może przewidzieć cały przebieg demonstracji przerwania syfonu w przypadku wystąpienia powtarzającego się wypadku spowodowanego pęknięciem rury. Po opanowaniu metody każda symulacja może zostać przeprowadzona w ciągu pięciu minut, jeśli jest wykonana prawidłowo. Należy pamiętać, że parametry wejściowe do symulacji powinny być wprowadzane zgodnie z warunkami projektowymi przerywacza syfonu.Dzięki temu rozwojowi technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie projektowania przerywaczy syfonu do analizy bezpieczeństwa w reaktorach badawczych. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać solidną wiedzę na temat sposobu projektowania i analizy przerywacza syfonu w reaktorze badawczym.

study-siphon-breaker-experiment-simulation-for-research

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Kawitacja akustyczna w cieczach poddanych działaniu ultradźwięków tworzy przejściowe ekstremalne warunki wewnątrz zapadających się pęcherzyków, które są źródłem niezwykłej reaktywności chemicznej i emisji światła, znanej jako sonoluminescencja. W obecności gazów szlachetnych powstaje plazma nierównowagowa. "Gorące" cząstki i fotony generowane przez zapadające się pęcherzyki są w stanie wzbudzić gatunki w roztworze.

Aktywacja cząsteczek, jonów i cząstek stałych za pomocą kawitacji akustycznej

Mikrobiologiczna redukcja siarczanów jest procesem o wielkim znaczeniu w biotechnologii środowiskowej. Powodzenie reaktorów sulfidogennych zależy m.in. od składu mikrobiologicznego osadu. W tym miejscu przedstawiamy protokół zagospodarowania osadu sulfidogennego z osadów kominów hydrotermalnych w reaktorze UASB do celów odchlorowania redukcyjnego.

Opracowanie osadu sulfidogennego z osadów morskich i redukcja trichloroetylenu w reaktorze z przepływem atmosferycznym z przepływem atmosferycznym

Opisujemy powstawanie ogrodów chemicznych za pomocą eksperymentów iniekcyjnych, które pozwalają na laboratoryjne symulacje naturalnych chemicznych systemów ogrodowych, które tworzą się w podmorskich kominach hydrotermalnych.

Ogrody chemiczne jako reaktory przepływowe symulujące naturalne systemy hydrotermalne

Ten artykuł opisuje konfigurację i metodę wizualizacji in situ próbek oleju w różnych warunkach temperatury i ciśnienia, które mają na celu emulację procesów rafinacji i ulepszania. Jest używany przede wszystkim do badania mediów izotropowych i anizotropowych biorących udział w zanieczyszczaniu pasz ropopochodnych.

In Situ Wizualizacja zachowania fazowego próbek ropy naftowej w warunkach procesu rafineryjnego

Tutaj prezentujemy protokół do testowania i optymalizacji systemów napędu kosmicznego opartych na zminiaturyzowanych silnikach typu Hall.

Optymalizacja, testowanie i diagnostyka zminiaturyzowanych sterów strumieniowych hali

Ta praca opisuje system eksperymentów online, który zapewnia wizualizację eksperymentów, w tym wizualizację teorii, koncepcji i formuł, wizualizację procesu eksperymentalnego za pomocą trójwymiarowych (3D) wirtualnych stanowisk testowych oraz wizualizację systemu kontroli i monitorowania za pomocą widżetów, takich jak wykresy i kamery.

Interaktywny i zwizualizowany system eksperymentów online dla edukacji i badań inżynierskich

W pracy przedstawiono metodologię wytwarzania sześciu różnych typów wyładowań plazmowych w reaktorze plazmowym z wirem hiperbolicznym do degradacji mikrozanieczyszczeń w wodzie, w tym farmaceutyków oraz substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS).

Wdrożenie hiperbolicznego reaktora plazmowego wirowego do usuwania mikrozanieczyszczeń z wody

Ten protokół opisuje symulację, wytwarzanie i charakterystykę absorberów metamateriałów THz. Takie absorbery, sprzężone z odpowiednim czujnikiem, mają zastosowanie w obrazowaniu i spektroskopii THz.

Symulacja, wytwarzanie i charakterystyka absorberów metamateriałowych THz

Testy rozwojowe materiałów wybuchowych do zastosowań wojskowych obejmują formułowanie na małą skalę, testy bezpieczeństwa, a na końcu testy wydajności detonacji w celu weryfikacji teoretycznych obliczeń. W tym artykule omówiono typowe testy rozwojowe związane z pomiarem prędkości detonacji i ciśnienia detonacji.

Badania i rozwój materiałów wybuchowych o wysokiej wydajności

Ze względu na znaczenie i szerokie zastosowanie palladu, złota i kobaltu w sprzęcie high-tech, ich odzysk i recykling stanowią ważne wyzwanie przemysłowe. Opisany w niniejszym dokumencie system odzysku metali jest prostym, tanim sposobem na skuteczne wykrywanie, usuwanie i odzysk tych metali z kopalni miejskiej.

Wykrywanie i odzyskiwanie palladu, złota i metali kobaltowych z kopalni miejskiej przy użyciu nowatorskich czujników/adsorbentów oznaczonych nanoskalowymi porami w kształcie koła wagonowego

Odkryj metody eksperymentalne i symulacyjne analizy zjawiska łamania syfonu w reaktorach badawczych. Symulacja precyzyjnie odwzorowuje wyniki doświadczalne, wspierając projektowanie systemów bezpieczeństwa.

Badanie eksperymentu i symulacji łamacza syfonów dla reaktora badawczego

Przeglądaj więcej filmów