Estudo do experimento de quebra de sifão e simulação para um Reactor de investigação

O objetivo geral deste experimento e simulação é investigar o fenômeno de quebra do sifão, a fim de melhorar o projeto e a análise do disjuntor do sifão de um reator de pesquisa. Este episódio pode ajudar a responder a algumas perguntas em nosso feito de segurança do reator de pesquisa, como evitar um acidente recorrente. A principal vantagem dessa técnica é que o fenômeno de quebra do sifão pode ser analisado com facilidade e precisão.

Os dados para este experimento foram coletados no laboratório de fluxo bifásico da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang. Este esquema fornece uma visão geral de suas características e do equipamento usado para monitorá-lo. Há um tanque superior com capacidade de 57,6 metros cúbicos.

Inclui um conjunto de orifício opcional. O tanque inferior fica 8,3 metros abaixo do tanque superior e tem capacidade para 70 metros cúbicos. Qualquer água depositada lá pode ser reutilizada por meio de uma bomba de retorno.

O sistema de tubulação tem um tubo de 16 polegadas. Existem pontos de ruptura inferiores e superiores chamados de locais de Perda de Acidente de Refrigerante, ou LOCA. A linha do disjuntor do sifão termina no tanque superior, 11,6 metros acima do ponto de ruptura do tubo inferior.

Dois transdutores de pressão absoluta e três transdutores de pressão diferencial monitoram o sistema. Há também um medidor de vazão ultrassônico. Quatro câmeras registram regiões do experimento através de janelas de observação.

Os experimentos investigaram os efeitos da variação do tamanho do LOCA, tamanho da linha do disjuntor do sifão, tipos de disjuntor do sifão e presença do orifício. Este aparelho da Handong Global University é um modelo em escala 1/8 da instalação que será usado para demonstrar o protocolo experimental. Compare seu esquema com o da instalação original.

Todos os recursos relevantes estão em vigor, mas em uma escala gerenciável. Prepare-se para o experimento, garantindo que toda a instrumentação de monitoramento esteja no lugar e pronta para operar. Em seguida, considere a gama de condições experimentais a serem estudadas.

Esta demonstração usará linhas de disjuntor de sifão de 1/2 polegada e 1/4 de polegada. Além disso, o site LOCA terá uma abertura de uma ou duas polegadas, criada pela fixação de tubos apropriados. Este aparelho tem suas condições experimentais definidas.

Uma linha de disjuntor de sifão de 1/2 polegada está em posição e conectada ao tubo que vai do tanque ao LOCA. O primeiro experimento usará o LOCA inferior no final deste tubo. O experimento começa com um tamanho LOCA de uma polegada.

Quando todos os preparativos estiverem feitos, encha o tanque superior com água. Verifique o nível inicial da água antes de prosseguir. Com os instrumentos gravando, retorne ao local LOCA inferior.

Lá, abra a válvula para iniciar o fluxo de água e comece o teste. Colete dados até que o fluxo de água para o tanque inferior pare. Feche a válvula LOCA inferior antes de continuar.

Depois de salvar os dados coletados, prepare-se para a próxima condição de teste. Isso requer a remoção do pipe que define o tamanho do LOCA. Substitua o tubo pelo próximo diâmetro do tubo para os testes planejados.

Neste caso, um com uma abertura de duas polegadas. Quando o tanque superior estiver cheio novamente, abra o local LOCA inferior para coletar dados nesta configuração. O terceiro teste requer a troca da linha do disjuntor do sifão.

Remova a linha de 1/2 polegada de sua posição. Substitua-o pela linha do disjuntor de sifão de 1/4 de polegada, que é a linha de próximo diâmetro para esses testes. Mais uma vez, encha o tanque superior e faça o teste.

Se necessário, continue realizando testes para todas as configurações, incluindo mudanças na posição do LOCA. O próximo passo é estudar os experimentos por simulação computacional. Esta é a tela inicial do Programa de Simulação do Disjuntor de Sifão.

Para verificar os parâmetros, clique no botão Mostrar parâmetros. A nova tela mostra os parâmetros usados para a simulação. Depois de alterar a entrada conforme necessário, clique em OK para retornar à tela inicial.

Em seguida, clique no botão Executar. Quando solicitado, insira o intervalo de tempo que a simulação cobrirá. Clique em OK para ser levado a um gráfico de nível de água.

No gráfico, o nível da água é mostrado em função do tempo ao longo do intervalo de tempo escolhido. Analise o gráfico para determinar se a quebra do sifão ocorre com os parâmetros fornecidos. Para verificar outras saídas, marque a caixa de seleção apropriada abaixo do gráfico.

Para o gráfico de pressão, clique na caixa p2. Clique na caixa do nível d'água para remover o gráfico original. Para mostrar a vazão, clique na caixa q12.

Remova o gráfico de pressão clicando em p2 novamente. Quando terminar, clique no botão Salvar os dados para criar o arquivo de texto de dados. Confirme a ação na caixa de diálogo pop-up.

Clique em OK para retornar à tela inicial. Em seguida, clique em Sair para sair do programa. O arquivo de dados estará no mesmo diretório do programa de simulação.

Seus conteúdos permitem um estudo detalhado dos resultados da simulação numérica. Estes são dados de um experimento em escala real no laboratório de fluxo bifásico da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang. Os círculos pretos representam os dados de Pressão Diferencial.

Os triângulos cinzas representam os dados de Pressão Absoluta. Ambos os conjuntos referem-se ao eixo vertical esquerdo. As cruzes vermelhas são dados de taxa de fluxo de água, que usam o eixo vertical direito.

Existem três estágios do experimento. O primeiro é a perda de refrigerante. O segundo é a quebra do sifão.

O terceiro é o estado estacionário. Este gráfico permite a comparação dos resultados experimentais da vazão de água com a saída da simulação do software. Os quadrados azuis são dados para uma abertura LOCA de 12 polegadas e a linha azul é para a simulação associada.

Os dados de uma abertura LOCA de 16 polegadas são mostrados com círculos vermelhos e a linha vermelha são os resultados da simulação. Aqui está outro teste do modelo. A posição horizontal de um círculo preto é a altura de Undershooting medida experimentalmente.

A posição vertical é a altura de sub-alcance de uma simulação. A linha azul corresponde ao caso de os valores do experimento e da simulação serem iguais. O gráfico sugere que o modelo pode ser usado para análise da quebra do sifão.

As implicações dessa técnica se estendem ao diagnóstico da segurança de um reator de pesquisa, pois o programa pode prever a demonstração de quebra de sifão inteiro no caso de haver um acidente recorrente por ruptura de tubo. Uma vez dominada, cada simulação pode ser feita em cinco minutos, se executada corretamente. É importante lembrar que os parâmetros de entrada para simulação devem ser inseridos nas condições de projeto do disjuntor do sifão.

Com esse desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo do projeto de disjuntores de sifão explorarem a segurança no reator de pesquisa. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como projetar e analisar o disjuntor de sifão de um reator de pesquisa.