Исследование сифон выключатель эксперимента и моделирования для исследовательского реактора
September 26th, 2017
Экспериментально исследована разорвать явления сифона и была предложена теоретическая модель. Была разработана программа моделирования, основанные на теоретические модели и результаты программы моделирования были сопоставлены с экспериментальные результаты. Был сделан вывод, что результаты моделирования программы соответствуют результаты экспериментов хорошо.
Общая цель данного эксперимента и моделирования заключается в исследовании явления разрушения сифона с целью улучшения конструкции и анализа прерывателя сифона исследовательского реактора. Этот эпизод может помочь ответить на несколько вопросов в нашем подвиге по обеспечению безопасности исследовательских реакторов, например, о том, как предотвратить повторение аварии. Основное преимущество этой техники заключается в том, что явление разрыва сифона можно легко и точно проанализировать.
Данные для этого эксперимента были собраны в лаборатории двухфазного потока Пхоханского университета науки и технологии. На этой схеме представлен обзор его функций и оборудования, используемого для его мониторинга. Имеется верхний бак емкостью 57,6 кубических метров.
Он включает в себя дополнительный узел отверстия. Нижний бак находится на 8,3 метра ниже верхнего бака и имеет емкость 70 кубических метров. Любая вода, оседающая там, может быть повторно использована с помощью возвратного насоса.
Система трубопроводов имеет 16-дюймовую трубу. Существуют как нижние, так и верхние точки разрыва, называемые участками аварии с потерей охлаждающей жидкости, или LOCA. Линия отбойного устройства заканчивается в верхнем резервуаре, на высоте 11,6 метров над нижней точкой разрыва трубы.
Два датчика абсолютного давления и три датчика дифференциального давления контролируют систему. Также имеется ультразвуковой расходомер. Четыре камеры фиксируют регионы эксперимента через смотровые окна.
В экспериментах изучалось влияние изменения размера LOCA, размера линии прерывания сифона, типов прерывателей сифона и наличия отверстия. Этот аппарат в Глобальном университете Хандун представляет собой модель объекта в масштабе 1/8, которая будет использоваться для демонстрации экспериментального протокола. Сравните его схему с схемой исходного пункта обслуживания.
Все соответствующие функции уже есть, но в управляемом масштабе. Подготовьтесь к эксперименту, убедившись, что все контрольно-измерительные приборы установлены и готовы к работе. Далее рассмотрим диапазон условий эксперимента, которые необходимо изучить.
В этой демонстрации будут использоваться сифонные отбойные линии 1/2 дюйма и 1/4 дюйма. Кроме того, площадка LOCA будет иметь отверстие в один или два дюйма, созданное путем прикрепления соответствующих труб. У этого аппарата установлены свои экспериментальные условия.
Линия сифонного прерывателя диаметром 1/2 дюйма находится на месте и подключена к трубе, ведущей от резервуара к LOCA. В первом эксперименте будет использоваться нижний LOCA в конце этой трубы. Эксперимент начинается с размера LOCA в один дюйм.
Когда все приготовления будут сделаны, наполните верхний резервуар водой. Прежде чем продолжить, проверьте начальный уровень воды. После записи инструментов вернитесь на нижний сайт LOCA.
Там откройте клапан, чтобы запустить поток воды, и начните тест. Собирайте данные до тех пор, пока поток воды в нижний бак не прекратится. Прежде чем продолжить, закройте нижний клапан LOCA.
После сохранения собранных данных подготовьтесь к следующему тестовому условию. Для этого необходимо удалить трубу, которая задает размер LOCA. Замените трубу на трубу следующего диаметра для проведения плановых испытаний.
В данном случае один с двухдюймовым отверстием. Когда верхний бак снова заполнится, откройте нижнюю площадку LOCA для сбора данных в этой конфигурации. Третий тест требует замены линии прерывания сифона.
Снимите линию 1/2 дюйма с места. Замените его линией сифонного прерывателя 1/4 дюйма, которая является следующим диаметром линии для этих испытаний. Еще раз наполните верхний бак и проведите тест.
При необходимости продолжайте проведение тестов для всех конфигураций, включая изменение положения LOCA. Следующим шагом является изучение экспериментов с помощью компьютерного моделирования. Это начальный экран программы моделирования сифонного выключателя.
Чтобы проверить параметры, нажмите на кнопку «Показать параметры». На новом экране отображаются параметры, использованные для моделирования. После изменения ввода по мере необходимости нажмите OK, чтобы вернуться к начальному экрану.
Далее нажмите кнопку «Выполнить». При появлении запроса введите интервал времени, который будет охватывать моделирование. Нажмите OK, чтобы перейти к графику уровня воды.
На графике уровень воды показан в зависимости от времени за выбранный интервал времени. Проанализируйте график, чтобы определить, происходит ли обрыв сифона при заданных параметрах. Чтобы проверить другие выходные данные, установите соответствующий флажок под графиком.
Чтобы посмотреть график давления, нажмите на поле p2. Нажмите на поле уровня воды, чтобы удалить исходный участок. Чтобы отобразить расход, нажмите на поле q12.
Удалите график давления, щелкнув по p2 еще раз. Когда закончите, нажмите кнопку «Сохранить данные», чтобы создать текстовый файл данных. Подтвердите действие во всплывающем диалоговом окне.
Нажмите OK, чтобы вернуться на главный экран. Затем нажмите «Выйти», чтобы выйти из программы. Файл данных будет находиться в том же каталоге, что и программа моделирования.
Его содержание позволяет детально изучить результаты численного моделирования. Это данные натурного эксперимента в лаборатории двухфазного потока Пхоханского университета науки и технологий. Черные круги представляют данные о дифференциальном давлении.
Серые треугольники представляют данные об абсолютном давлении. Оба набора относятся к левой вертикальной оси. Красными крестиками обозначены данные расхода воды, в которых используется правая вертикальная ось.
Эксперимент состоит из трех этапов. Во-первых, это потеря охлаждающей жидкости. Во-вторых, поломка сифона.
В-третьих, это устойчивое состояние. Этот график позволяет сравнивать экспериментальные результаты по расходу воды с результатами программного моделирования. Синие квадраты — это данные для 12-дюймового отверстия LOCA, а синяя линия — для соответствующего моделирования.
Данные для 16-дюймового отверстия LOCA показаны красными кружками, а красная линия — это результаты моделирования. Вот еще одно испытание модели. Горизонтальное положение черного круга — это экспериментально измеренная высота недолета.
Вертикальное положение — это высота недолета из модели. Синяя линия соответствует случаю равенства значений из эксперимента и моделирования. На графике можно предположить, что модель может быть использована для анализа разрыва сифона.
Применение этого метода распространяется на диагностику безопасности исследовательского реактора, поскольку программа может предсказать всю демонстрацию разрыва сифона в случае повторения аварии из-за разрыва трубы. После освоения каждая симуляция может быть выполнена за пять минут при правильном выполнении. Важно помнить, что входные параметры для моделирования должны быть введены в расчетные условия сифонного выключателя.
На данном этапе эта технология проложила путь исследователям в области проектирования сифонных прерывателей к изучению безопасности в исследовательском реакторе. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как проектировать и анализировать сифонный выключатель исследовательского реактора.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Это исследование изучает явление разрушения сифона методами эксперимента и моделирования. Результаты показывают сильную корреляцию между результатами моделирования и экспериментальными данными, что улучшает понимание поведения сифона в исследовательских реакторах.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Динамика жидкостей
- Инженерия безопасности
- Экспериментальная физика
Фон
- Явление разрушения сифона является критически важным для безопасности реактора.
- Понимание этого явления может помочь предотвратить аварии в исследовательских реакторах.
- Предыдущие исследования не имели всеобъемлющей модели моделирования.
- Это исследование использует данные, собранные в специализированной лаборатории.
Цель исследования
- Улучшить дизайн разрушителей сифона в исследовательских реакторах.
- Точное анализирование явления разрушения сифона.
- Предоставить представление о функциях безопасности реактора.
Использованные методы
- Экспериментальное исследование разрушения сифона.
- Разработка теоретической модели.
- Программа моделирования на основе теоретической модели.
- Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.
Основные результаты
- Результаты моделирования близко совпадали с экспериментальными данными.
- Предложенная модель эффективно предсказывает поведение сифона.
- Данные подтверждают надежность программы моделирования.
- Полученные результаты могут улучшить протоколы безопасности реактора.
Выводы
- Исследование подтверждает достоверность модели моделирования.
- Результаты способствуют улучшению мер безопасности в исследовательских реакторах.
- Дальнейшие исследования могут расширить эти результаты.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Accurate modeling and simulation of siphon breaker performance are critical for de-risking safety systems in research reactor environments. The integration of experimental validation with predictive simulation enhances confidence in system reliability and informs design decisions at key inflection points in safety engineering. This approach supports enterprise-level risk management and operational continuity for facilities reliant on robust coolant containment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous hypothesis testing of fluid containment mechanisms under failure scenarios.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying the impact of design variables on system integrity.
- Facilitates predictive confidence in safety-critical infrastructure through validated modeling.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized platform for evaluating multiple siphon breaker configurations and parameters.
- Delivers reproducible, quantitative outputs such as pressure, flow rate, and water level for comparative analysis.
- Enables scalable simulation workflows to assess design robustness prior to physical implementation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns experimental and simulation data to ensure translational continuity from model systems to operational reactors.
- Supports risk-adjusted advancement of safety features based on predictive analytics.
- Enhances decision-making for preclinical validation of reactor safety interventions.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the safety engineering continuum from early design validation through simulation-based screening to pre-implementation risk assessment.
- Discovery Biology: Quantifies the effects of design changes on fluid dynamics and containment efficacy.
- Screening: Enables rapid, reproducible evaluation of multiple design scenarios using simulation outputs.
- Analytics: Provides detailed readouts of pressure, flow, and water level for robust statistical comparison.
- Translational Research: Bridges experimental findings with operational reactor safety requirements.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable simulation platform for ongoing safety system optimization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in safety system design.
- Operational Value: Standardizes analysis, improves reproducibility, and accelerates design iteration cycles.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency in safety infrastructure investments.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of safety upgrades and system enhancements.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fluid mechanics and reactor safety engineering.
- Demands access to simulation software and experimental instrumentation for validation.
- Necessitates cross-team standardization of input parameters and data analysis protocols.
- May require adaptation for different reactor designs or operational contexts.
- Simulation accuracy depends on precise entry of design-specific parameters.
