Studie van Siphon Breaker Experiment en simulatie voor een onderzoeksreactor

Summary

De sifon breken fenomeen werd experimenteel onderzocht en een theoretisch model werd voorgesteld. Een simulatie programma op basis van het theoretisch model werd ontwikkeld en de resultaten van de simulatie-programma met experimentele resultaten werden vergeleken. Geconcludeerd werd dat de resultaten van de simulatie programma gematched de experimentele resultaten goed.

Abstract

Onder de voorwaarden van het ontwerp van een onderzoeksreactor, het verschijnsel van de sifon geïnduceerd door pijp breuk kan leiden tot continue passieve stroom van water. Om te voorkomen dat deze uitstroom, is een controle-apparaat vereist. Een sifon-breker is een soort veiligheidsapparaat dat kan worden gebruikt om het verlies van koelvloeistof water daadwerkelijk toezicht.

Voor het analyseren van de kenmerken van de sifon breken, werd een real-schaal experiment uitgevoerd. Uit de resultaten van het experiment bleek dat er verschillende ontwerp-factoren die invloed hebben op de sifon breken verschijnsel zijn. Daarom is er behoefte aan een theoretisch model kunnen voorspellen en analyseren van de sifon breken fenomeen onder verschillende condities van het ontwerp. Met behulp van de experimentele gegevens, bleek het mogelijk te formuleren van een theoretisch model dat nauwkeurig voorspelt de voortgang en het resultaat van de sifon breken fenomeen. De gevestigde theoretisch model is gebaseerd op de stromingsleer en bevat het Chisholm-model voor het analyseren van de twee fasen stroom. Uit vergelijking van Bernoulli, de snelheid, de hoeveelheid, kan undershooting height, waterniveau, druk, wrijvingscoëfficiënt en factoren met betrekking tot de twee fasen stroom worden verkregen of berekend. Bovendien, voor het gebruik van het model dat is vastgesteld in deze studie, een sifon breaker analyse en ontwerp programma werd ontwikkeld. De simulatie programma functioneert op basis van het theoretische model en geeft het resultaat als een grafiek. De gebruiker kan het bevestigen van de mogelijkheid van de sifon breken door het controleren van de vorm van de grafiek. Bovendien, het gehele simulatie resultaat opslaan is mogelijk en het kan worden gebruikt als een resource voor het analyseren van de echte sifon breken systeem.

Kortom, kan de gebruiker de status van de sifon breken en het ontwerp de sifon breaker systeem met behulp van het programma dat is ontwikkeld in deze studie bevestigen.

Introduction

Het aantal reactoren met behulp van plaat-type brandstof, zoals de Jordan onderzoek en opleiding Reactor (JRTR) en KiJang onderzoek Reactor (KJRR), heeft onlangs toegenomen. Om gemakkelijk verbinding maken met de plaat-type brandstof, vereist de onderzoeksreactor een neerwaartse stroom van core. Aangezien onderzoeksreactoren netto positieve zuig hoofd van het primaire koelsysteem vereisen, kunnen sommige koeling systeemcomponenten potentieel onder de reactor worden geïnstalleerd. Als pijp breuk in de primaire koelsysteem onder de reactor optreedt, veroorzaakt het sifon effect echter continue afvoer van koudemiddel die leiden de blootstelling van de reactor aan de lucht tot kan. Dit betekent dat de restwarmte kan niet worden verwijderd, kan leiden tot een ernstig ongeval. Daarom is een veiligheidsvoorziening die voorkomen een ernstig ongeval dat kan in geval van een verlies van koelvloeistof ongeval (LOCA), noodzakelijk. Een sifon-breker is zulk een veiligheidsapparaat. Het kan effectief waterafvoer voorkomen met behulp van een inrush van lucht. Het hele systeem heet de sifon breken systeem.

Verschillende studies voor de verbetering van de veiligheid van de reactoren van onderzoek zijn uitgevoerd. McDonald en Marten¹ verricht een experiment om te bevestigen de prestaties van een sifon klep als een actief-operationele breaker breken. Neill en Stephens² voerde een experiment met behulp van een hevel breker als een passief te bedienen apparaat in een kleine pijp. Sakurai³ voorgesteld een analytische model voor het analyseren van de sifon breken waar een volledig aparte lucht-water flow model werd toegepast.

Sifon breken is uiterst complex omdat er veel parameters die moeten worden overwogen. Bovendien, omdat de experimenten voor echte-schaal onderzoeksreactoren niet zijn uitgevoerd, is het moeilijk toe te passen van eerdere studies op hedendaagse onderzoeksreactoren. Eerdere studies hebben daarom niet ingediend voor een bevredigende theoretisch model voor siphon breken. Om deze reden werd een onroerend-schaal experiment uitgevoerd om vast te stellen van een theoretisch model.

Om te onderzoeken van het effect van de sifon breker op een onderzoeksreactor, werden onroerend-schaal verificatie experimenten uitgevoerd door Pohang Universiteit voor wetenschap en technologie (POSTECH) en Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 ,6}. Figuur 1 is de werkelijke faciliteit voor het sifon breaker experiment. Figuur 2 toont een schematisch diagram van de faciliteit en de faciliteit mark bevat.

Figuur 1. Faciliteit voor het breken van de demonstratie experiment siphon. De belangrijkste pijp grootte is 16 in en een acryl venster voor observatie is geïnstalleerd. De opening is een apparaat voorbereid om te beschrijven de drukval. Daarom is er een opening vergadering deel aan de onderkant van de bovenste tank. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2. Schematisch diagram van de experimentele faciliteit. De locatie van meetpunten wordt gepresenteerd. De aantallen wijzen op deze relevante locaties; punt 0 betekent de ingang van de sifon-breker, punt 1 betekent de waterstand, punt 2 betekent het verbonden deel van de breker van de sifon en de belangrijkste pijp en punt 3 betekent de LOCA plaats. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De sifon breaker experimentele faciliteit bestaat uit een bovenste tank, een lagere tank, een leidingsysteem en een terugkeer pomp. De capaciteit van de bovenste tank is 57,6 m³. Het onderste gebied en de diepte zijn 14.4 m² (4 m x 3,6 m) en 4 meter, respectievelijk. De lagere tank en LOCA positie zijn gelegen 8.3 m onder de bovenste tank. De capaciteit van de lagere tank is 70 m³. De lagere tank wordt gebruikt voor het opslaan van het water tijdens het experiment. De lagere tank is verbonden met de terugkeer van de pomp. Het water in de onderste tank is in de bovenste tank gepompt. De belangrijkste pijp grootte van het leidingsysteem is 16 in. Het einde van de sifon Breaker lijn (SBL) is gelegen op 11,6 m hoog boven de onderste pijp scheuren punt. Daarnaast zijn acryl windows geïnstalleerd op de pijp voor visualisatie, zoals afgebeeld in Figuur 1.

Verschillende apparaten zijn geïnstalleerd voor het meten van de fysieke signalen. Twee absolute druk transducers (APTs) en drie drukverschil omvormers (DPTs) werden gebruikt. Voor het meten van de massastroom van de water, werd een ultrasone flowmeter gebruikt. Een data-acquisitiesysteem werd gebruikt om alle meetgegevens bij 250 ms tijdsintervallen. Naast de apparatuur voor de meting, camera's zijn geïnstalleerd voor observatie en een liniaal was aangesloten op de binnenwand van de bovenste tank om te controleren de waterstand.

Verschillende LOCA en sifon breaker (SB) maten, sifon breaker typen (Line/gat) en de aanwezigheid van opening met betrekking tot reactor brandstof en de pijp breuk punt werden beschouwd in het experiment. Om te verifiëren of het effect van LOCA en SBL grootte, diverse maten van LOCA en SBL werden gebruikt. De maten van de LOCA varieerde van 6 in tot de 16 in en de grootte van de SBL varieerde van 2 in tot en met 6 in. In het experiment, lijn en gat type sifon breakers werden gebruikt, maar de volgende inhoud van deze studie alleen rekening gehouden met het type van de SBL gebruikt in de JRTR en de KJRR. Als een voorbeeld van experimentele resultaten is Figuur 3 een grafiek waarin de druk en water stroom tarief gegevens. Het experiment vond plaats op 4 oktober 2013 en de experimentele gegevens monster is LN23 (lijntype SB, geen opening, 12 in LOCA, 2.5 in SBL).

Uit de experimentgegevens, werd het theoretische model dat kan voorspellen de sifon breken fenomeen opgericht. Het theoretische model begint met de vergelijking van Bernoulli. De snelheid van de vloeistof wordt verkregen uit de vergelijking van Bernoulli en het volumetrisch debiet kan worden verkregen door te vermenigvuldigen met de snelheid van de vloeistof door het gebied van de pijp. Bovendien, kan het water niveau verkregen worden met behulp van het volumetrisch debiet. Het basisconcept van het theoretische model is als hierboven. Echter, aangezien de sifon breken fenomeen een bewerking in twee fasen stroom is, zijn er extra punten te worden beschouwd. Te overwegen van een bewerking in twee fasen flow analyse model, werd een nauwkeurigheid verificatietest uitgevoerd. Aangezien het Chisholm-model nauwkeuriger dan een homogene model was, wordt het Chisholm-model gebruikt voor het analyseren van het fenomeen. Volgens het Chisholm-model, wordt het twee fasen multiplier formule uitgedrukt als vergelijking 1⁷. In deze vergelijking, ф vertegenwoordigt de twee fasen multiplier, ρ dichtheid en X staat voor kwaliteit.

(1)

p class = "jove_content" > In the Chisholm model, een coëfficiënt B die met de massastroom varieert werd opgenomen. Uiteindelijk, de afleiding van de formule van een correlatie tussen Chisholm coëfficiënt B en reactor ontwerp voorwaarden is een belangrijk punt van het theoretische model. Met andere woorden, was een ander doel van het experiment om gegevens vast te stellen het verband tussen de ontwerp-voorwaarden en Chisholm coëfficiënt B. te verkrijgen Uit de testresultaten, werd een formule van de correlatie tussen de ontwerp-voorwaarden en Chisholm coëfficiënt B opgericht. De resulterende theoretisch model werd ontwikkeld om de sifon breken fenomeen goed te voorspellen.

Bovendien, een simulatie-programma met een grafische gebruikersinterface (GUI) is ontwikkeld. Door de overgang van absolute druk gegevens in Figuur 3, het fenomeen kan worden onderverdeeld in drie fasen: het verlies van koelvloeistof (Enkelfasige stroom), sifon breken (twee fasen stroom) en Steady state. Daarom bevat de belangrijkste berekeningsproces van het algoritme een drie-stap proces dat overeenkomt met de drie fasen van de echte fenomeen. Met inbegrip van het berekeningsproces, het gehele algoritme om het simulatie proces te beschrijven is afgebeeld in Figuur 4-⁸.

Met behulp van de software (Zie aanvullende Video 1) om te beginnen de simulatie, die de gebruiker typt de invoerparameters die overeenkomt met de voorwaarden van het ontwerp en de invoerparameters worden opgeslagen als vaste waarden. Als de gebruiker met de simulatie gaat na het invoeren van de parameters, wordt in het programma de eerste stap berekening uitvoert. De eerste stap is de enkelfasige berekening, die de berekening voor het verlies van koelvloeistof te wijten aan de sifon effect na de breuk van de pijp is. De variabelen worden automatisch berekend door het theoretische model (zoals in de vergelijking van Bernoulli, behoud van de massastroom, enz.) en de berekening van de input parameters die door de gebruiker. De resultaten van de berekening worden opeenvolgend opgeslagen in het geheugen van de computer volgens de tijdseenheid die door de gebruiker wordt aangeduid.

Als de waterstand druppels hieronder positie 0, betekent dit dat de enkelfasige stroom eindigt, omdat de lucht begint te haasten naar de SBL op dit moment. Dus, de eerste stap voor één fase stroom opbrengst totdat het water positie 0 bereikt. Wanneer het water niveau bevindt zich op positie 0, betekent dit dat de undershooting hoogte nul is. De undershooting hoogte is het hoogteverschil tussen de ingang van de SBL en het bovenste tank waterniveau na het breken van de sifon. Met andere woorden, undershooting hoogte geeft aan hoeveel het waterpeil daalde tijdens de sifon breken. Daarom is de undershooting hoogte is een belangrijke parameter, omdat hiermee de directe bepaling van de hoeveelheid koelvloeistof verlies. Het programma bepaalt bijgevolg het einde van de eerste-stap berekening volgens de undershooting hoogte.

Als de undershooting hoogte groter dan nul is, voert het programma een tweede stap berekening die twee fasen stroom kan simuleren. Omdat zowel water en luchtstroom in de sifon breken fase aanwezig zijn, moeten de fysieke eigenschappen van beide vloeistoffen worden beschouwd. De waarden van twee fasen vermenigvuldiger, kwaliteit en nietig breuk zijn derhalve in deze stap van de berekening. Speciaal, wordt de leegte breukwaarde gebruikt als criterium voor de tweede stap berekening eindigt. De void breuk kan worden uitgedrukt als de verhouding van de luchtstroom aan de som van de lucht- en waterstromen. De tweede stap berekening tot de nietige breukwaarde (α) 0,9 is. Als α over 0.9 is berekening de derde stap die beschrijft steady-state. Theoretisch, het laatste criterium voor siphon breken is α = 1, aangezien alleen de lucht in de pijp op dit moment bestaat. In dit programma, de criteria van het einde voor siphon breken echter α = 0.9 om te voorkomen dat een fout in het berekeningsproces. Daarom is een gedeeltelijk verlies van de resultaten is onvermijdelijk, maar deze fout kan zijn te verwaarlozen.

Berekening van het steady state gedurende de tijd die is ingesteld door de gebruiker. Omdat er geen verdere verandering, wordt de steady state gekenmerkt dat de berekening resultaat waarden altijd constant zijn. Als sifon breken succesvol is, blijft het uiteindelijke niveau van het water in de bovenste tank op een specifieke waarde, niet nul. Echter als het breken van de sifon niet met succes is uitgevoerd, de koelvloeistof bijna verloren zullen gaan, en het uiteindelijke niveau van het water benadert de waarde nul. Daarom, als de waterstand waarde gelijk is aan nul in stabiele toestand, het geeft aan dat de voorwaarden van bepaalde ontwerp niet voldoende om te voltooien sifon breken.

Na de berekening, kan de gebruiker de resultaten op verschillende manieren bevestigen. De resultaten tonen de status van de sifon breken, sifon breken van vooruitgang, en de singulariteitstheorie. De simulatie programma kunt voorspellen en analyseren van het fenomeen realistisch en hulp in het ontwerp van het systeem van de breker sifon. In dit worden papier, het protocol van het experiment, resultaten van het experiment, en de toepassing van de simulatie-programma gepresenteerd.

Protocol

1. experimentele Procedure ^{4 , 5 , 6}

1. voorbereiding stap
   1. Controleer de experimentele faciliteit. Op basis van de matrijs van de test, Controleer zorgvuldig de matrix test testomstandigheden zoals LOCA grootte, SBL grootte sifon breaker typen en de aanwezigheid van opening, voordat het experiment. Ook een test om te bevestigen dat de Instrumentation en onderdelen van de faciliteit goed zonder gegevens ruis of storingen werken.
   2. De bovenste tank vullen met water met behulp van de terugkeer pomp geïnstalleerd in de onderste tank.
   3. Verwijder de resterende lucht binnen SBL. Een vacuümpomp en buffer kamer gebruiken om te verwijderen van de resterende lucht uit de SBL.
   4. Controleer het eerste niveau van het water van de bovenste tank. Gebruik de liniaal op de tank aangesloten.
2. Test stap
   1. openen van de klep aan het einde van het leidingsysteem.
   2. Met behulp van het data-acquisitiesysteem in de controlekamer, Controleer de gemeten gegevens, zoals water niveau, debiet en druk de wijzigingen, tijdens de sifon breken fenomeen. Als er geen uitstroom van koelvloeistof is, eindigt het eerste experiment. Eindelijk, het opnemen van de verkregen experimentele resultaten met de gegeven proefomstandigheden.
3. De variabelen van de test (SBL grootte, LOCA grootte opening aanwezigheid en LOCA positie) als volgt te wijzigen.
   1. Wijzigen de SBL groot achtereenvolgens 2, 2.5, 3, 4, 5 en 6 in; de gegeven SBL is verbonden met de belangrijkste pijp met een flens op positie 2 in Figuur 2.
      Opmerking: De experimentele variabelen, zoals de grootte van de SBL, LOCA grootte en de aanwezigheid van opening, worden gewijzigd met behulp van het gewricht flens met bouten en moeren. Deze processen zijn daarom handmatig uitgevoerd.
   2. Herhaal stap 1.1.1 - 1.2.2 totdat alle SBL maten experimenten worden uitgevoerd.
   3. Met the LOCA in positie 1, veranderen de grootte LOCA achtereenvolgens naar 6, 8, 10, 12, 14 en 16 inch; de gegeven reducer is verbonden met de belangrijkste pijp met een flens op positie 3 in Figuur 2.
   4. Herhaal stap 1.1.1 - 1.3.2 totdat alle LOCA maten experimenten worden uitgevoerd.
   5. Installeren de opening (of verwijderen de opening) op de belangrijkste pijp met een flens aan de onderkant van de bovenste tank aangesloten.
      Opmerking: Experimenten van de vorige stap zijn uitgevoerd met de afwezigheid of aanwezigheid van de opening. Dus moet de opening worden geïnstalleerd (of verwijderd) voor volgende experiment.
      1. Om dit werk te doen, zorgen dat er geen water in de bovenste tank is.
   6. Herhaal stap 1.1.1 - 1.3.4. Herhaal de vorige stap om te bevestigen het effect van SBL en LOCA "grootte onder" de aanwezigheid (of afwezigheid) van opening,.
   7. Veranderen de LOCA naar positie 2, als experimenten van de vorige stap zijn uitgevoerd met LOCA positie 1. De positie van de LOCA voor volgende experiment wijzigen.
      Opmerking: In de experimentele opzet, twee LOCA posities worden geconstrueerd. Elke pijp LOCA met een vlinderklep isolatie is verbonden met een belangrijkste leidingsysteem.
      1. De LOCA als positie wilt wijzigen, sluit u de isolatie vlinderklep op LOCA positie 1 en openen van de klep aan LOCA positie 2.
   8. Herhaal stap 1.1.1 - 1.3.6.

2. De simulatie programma

1. Klik op het pictogram van het programma uit te voeren van de sifon Breaker simulatie programma.
   Opmerking: De procedure is aangetoond in aanvullende Video 1. Zoals aangetoond, bestaat het eerste scherm van de simulatie-programma uit 4 knoppen (Toon parameter, Run, handleiding en Exit). Wanneer de gebruiker de ' parameters weergeven ' knop, een nieuwe opdrachtvenster wordt geopend en bevat de lijst met parameters. De gebruiker kan wijzigen en bevestig de numerieke waarden van variabelen. De ' uitvoeren ' knop worden de berekeningen uitgevoerd door vervanging van de invoerparameters in de opgenomen formules. De ' handleiding ' knop is voor het melden van de gebruiks- en programma-versie, en de ' Exit ' knop sluit het programma af. De resultaten worden weergegeven de ' Toon resultaten ' windows.
2. Klik op de " Show met de parameter " knop.
3. Wijzigt de invoergegevens overwegen de voorwaarden bepaalde simulatie.
4. Klik op de " uitvoeren " knop.
5. Check de waterstand grafiek vorm de ' Toon resultaten ' venster. Het programma organiseert de resultaat-waarden met de tijd, en de grafiek automatisch percelen.
   1. Door de vorm van de grafiek, visueel bevestigen de mogelijkheidom sifon breken; als de waterstand of undershooting hoogte dezelfde waarde consequent tot het einde heeft, sifon breken is mogelijk onder de gegeven omstandigheden. Zie Figuur 3.
6. Controleren andere uitgangen de ' Toon resultaten ' venster. Merk op dat er acht opties (waterstand, undershooting height, druk, snelheid van het water, luchtsnelheid, twee fasen mengsel snelheid, hoeveelheid en wrijving) om te controleren de output. Selecteer het grafiektype met behulp van het selectievakje.
   Opmerking: Het is gemakkelijk te begrijpen van de sifon breken fenomeen in één oogopslag, omdat de verandering van elke waarde in tijd kan worden gezien door de grafiek.
7. Bevestigen de specifieke waarde van uitvoer afhankelijk van de tijd door te klikken op de " berekenen in bepaalde tijd " knop. Voer de gewenste tijd en controleer de resultaten volgens de ingestelde tijd.
8. Alle simulatie resultaat gegevens opslaan door te klikken op de " de gegevens opslaan " knop.
   Opmerking: De resultaten worden opgeslagen in de vorm van tekstbestand, en gesimuleerde voorwaarden worden samen opgeslagen.

Representative Results

Het gehele proces van sifon breken bestaat uit drie fasen. De eerste fase is de uitstroom van koelvloeistof te wijten aan de sifon effect. De tweede fase is het proces van het starten van de instroom van lucht door de SBL te blokkeren van het verlies van koelvloeistof, genaamd sifon breken. De sifon breken fenomeen kan worden gezien als een scherpe stijging van de absolute druk in Figuur 3. Na de absolute druk snel toeneemt, is het geleidelijk verlaagd vanwege de daling van de waterstand. Aan het eind van de sifon breken, sinds sommige resterende water stroomt terug naar de bovenste tank, verhoogt de absolute druk opnieuw. Als de sifon breken is voltooid, er is geen verdere lekkage van koelvloeistof en deze staat heet 'steady state'. Omdat er geen verdere wijziging van de staat, is de absolute druk ook constant gehouden. Het debiet, dat werd gehandhaafd op een hoge waarde gedurende de eerste etappe, vermindert geleidelijk als de sifon begint te breken. Wanneer de sifon breken is is voltooid, de koelvloeistof lekkage geleidelijk verminderd en gestopt zoals in 1 van de Video. Het drukverschil in Figuur 3 toonde een neiging om gestaag te verhogen na de start van het breken van de sifon.

Als de pijp breuk in de afwezigheid van de sifon-breker optreedt, zal alle het koelmiddel lekken als gevolg van sifon effect. Het experiment dat de afwezigheid van de sifon breker beschrijft wordt weergegeven in de Video 2 (XN; gebrek aan de sifon breker). Aan de andere kant, tonen Video 3 (LN, lijn type sifon breker) en Video 4 (HN; gat type sifon breker) aan dat de sifon breaker effectief het verlies van koelvloeistof voorkomt. In beide gevallen wordt bevestigd dat de koelvloeistof niet beneden een bepaald niveau van het water doet lekken. Bijgevolg de experimenten toonde aan dat de breker van de sifon kan een levensvatbare apparaat ter voorkoming van verlies van koelvloeistof.

Bovendien, uit de experimentele resultaten, het was mogelijk om te definiëren van de relatie tussen de Chisholm-coëfficiënt en de ontwerp-voorwaarden. Aanvankelijk, om weer te geven op de proefomstandigheden, werd het proces van fine tuning van de druk verlies coëfficiënt uitgevoerd. Na het aanpassen van de druk verlies coëfficiënt, werd Chisholm coëfficiënt B afgeleid door een trial and error-methode. Omdat de massastroom van de lucht en water moet worden overwogen bij de vaststelling van de waarde van de Chisholm-coëfficiënt B, moest er een criterium voor de evaluatie van de massastroom kwantitatief. Dit criterium werd afgeleid met behulp van een lucht stroom tarief factor en de massale stroom van water. Het criterium, genaamd de C-factor, is gebruikt om te bepalen van de relatie met Chisholm coëfficiënt B. De voorgestelde formule van de factor C wordt gegeven door vergelijking 2 en de lucht stroom tarief factor wordt gegeven door vergelijking 3^9,10. In de volgende formules ρ dichtheid en K₀₂ vertegenwoordigt de druk verlies coëfficiënt tussen positie 0 of 2. Aangezien de dichtheid en het cijfer "2" in vergelijking 3 constanten zijn, kunnen ze worden geëlimineerd. Daarom heet het vereenvoudigde type lucht stroom tarief factor de F-factor in vergelijking 2. De massastroom van water moet ook worden geëvalueerd; het verhoogt als LOCA omvang toeneemt, maar het gebied verhoogt ook op hetzelfde moment. Daarom is de massastroom met verschillende LOCA-formaat wordt gedeeld door het gebied te verkrijgen van de massastroom per oppervlakte-eenheid. Hier, wordt de massastroom waarde berekend, net voordat lucht in de pijp.

(2)

(3)

Om te zoeken naar de relatie tussen de Chisholm coëfficiënt B en C factor, werd regressie-analyse gebruikt. Dientengevolge, twee soort correlatie formules (exponentiële en kwadratische functie) kan worden afgeleid en R² waarden waren 0.93 (exponentiële functie) en 0.97 (kwadratische functie). Elke functie wordt gegeven als vergelijking 4 en 5 van de vergelijking⁹. Vergelijking 4 kon voorspellen goed voor een relatief grote omvang van LOCA, zoals 12 in en 16 in LOCA maten. Aan de andere kant, was de vergelijking 5 kunnen voorspellen goed voor relatief kleine maten van LOCA, zoals in 8 en 10 in LOCA maten. Bijgevolg, de exponentiële functie wordt gebruikt om te voorspellen voor een relatief grote omvang van LOCA groter dan 11 in, en de kwadratische functie wordt gebruikt voor die kleiner zijn dan 11 in.

(4)

(5)

Dat wil zeggen, is de oprichting van het theoretische model zinvol dat de voorspelling van de sifon breken fenomeen mogelijk is door de Chisholm-coëfficiënt B van de ontwerp-voorwaarden. De ontwikkeling van een simulatie-programma waarin het theoretisch model zou daarom nuttig zijn voor het analyseren van het verschijnsel en ontwerpen van de sifon-breaker.

De grafiek vergelijken van de simulatie en experimentele resultaten is afgebeeld in Figuur 5. Rekening houdend met de grafiek, de simulatie programma kon het voorspellen van de resultaten van het experiment onroerend-schaal. Niet alleen de undershooting hoogte resultaten, maar ook de stroom gegevens verkregen uit de simulatie programma Toon patronen vergelijkbaar zijn met die experimenteel verkregen. Figuur 6 is de flow rate grafiek ten opzichte van de tijd die nodig is voor LOCA maten van 12 en 16. Er zijn echter enkele verschillen in het begin tussen het experiment en simulatie. In feite is de experimentele stroom tarief evaluatie in de begin fase was gebaseerd op de visualisatie video en de flow rate gegevens van het experiment werd verkregen door het berekenen van het lagere niveau van het water voor 5 s. Deze methode was een alternatieve manier omdat de ultrasone debietmeter niet het debiet nauwkeurig meten kon voordat de stroom volledig ontwikkeld. Het verschil tussen de resultaten van het experiment en simulatie lijkt te zijn te wijten aan dit punt. Behalve de begin fase, de gesimuleerde debiet was vergelijkbaar met de experimentele waarden en het programma voorspelde de trend volgens LOCA grootte nauwkeurig.

Figuur 3. Experimentele resultaat. De gemeten variabelen omvatten waterniveau, undershooting height, druk en stroomsnelheid. Het resultaat, onder worden druk en stroom tarief gegevens gepresenteerd. Gezien de verandering van druk, het fenomeen is grotendeels verdeeld in drie secties; Verlies van koelvloeistof, sifon breken en Steady state. De luchtdrukdiagrame, die iets wijzigingen in het verlies van koelvloeistof sectie verandert, verhoogt snel in de sifon breken sectie. Ook verandert de druk niet tijdens steady-state. Ook blijkt dat het debiet geleidelijk als gevolg van het breken van de sifon afneemt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4. Algoritme van simulatie programma. Het algoritme is ontwikkeld om het theoretische model⁹van toepassing. Om te geven het echte fenomeen, bestond het belangrijkste berekeningsproces van het algoritme uit drie fasen. Als de invoerparameters die overeenkomen met de ontwerp-voorwaarden worden gegeven, wordt elke fase automatisch berekend voor de opgegeven criteria. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 5. Schatting van geldigheid. Om te beoordelen van de juistheid van de simulatieresultaten, wordt undershooting hoogte vergeleken met de experimentresultaten. Simulatie bleek redelijk overeenkomt met de experimenten. Met andere woorden, heeft de simulatie-programma een goede prestatie voor analyse van de sifon breken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 6. Flow rate grafiek. De gesimuleerde debiet (Sim) was vergelijkbaar met de experimentele (Exp) waarden. Omdat de simulatie relatief nauwkeurig de hoeveelheden stroom tarief berekenen kan, zijn de gesimuleerde undershooting hoogte en waterpeil waarden vergelijkbaar met de experimentele waarden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Video 1. Succesvolle sifon breken (LOCA). Deze video is een experiment met sifon breker. Wanneer de vlinderklep wordt geopend op de positie van LOCA, lekt de koelvloeistof. De koelvloeistof lekkage is echter geleidelijk verminderd en gestopt vanwege de sifon-breaker. Met andere woorden, toont deze video dat sifon breaker kunt voorkomen dat de lekkage van koelvloeistof. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Video 2. Het ontbreken van de sifon breaker (XN). Bij het ontbreken van een sifon-breker, de koelvloeistof blijft stromen, en ten slotte de waterstand van bovenste tank wordt nul. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Video 3. Lijn type sifon breaker (LN). De sifon breaker voorkomt effectief het verlies van koelvloeistof. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Video 4. Gat type sifon breaker (HN). De sifon breaker voorkomt effectief het verlies van koelvloeistof. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Aanvullende Video 1. De simulatie programma uitgevoerd. Het eerste scherm van de simulatie-programma bestaat uit 4 knoppen (Toon parameter, Run, handleiding en Exit). Wanneer de gebruiker op de knop 'Toon parameters', een nieuwe opdrachtvenster wordt geopend en bevat de lijst met parameters. De gebruiker kan wijzigen en bevestig de numerieke waarden van variabelen. De knop 'Run' worden de berekeningen uitgevoerd door vervanging van de invoerparameters in de opgenomen formules. 'Manual' is de knop voor het melden van de gebruiks- en programma-versie, en 'Exit' is een knop om het programma te sluiten. De resultaten worden weergegeven in de Vensters 'Toon resultaten'. Gelieve Klik hier om deze video te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

Discussion

Een sifon-breker is een passief bediende veiligheid apparaat gebruikt om te voorkomen dat het verlies van koelvloeistof wanneer een pijp breuk ongeval voordoet. Het is echter moeilijk toe te passen om hedendaagse onderzoeksreactoren omdat er geen experiment voor de onroerend-schaal onderzoeksreactoren. Om deze reden werd het onroerend-schaal experiment uitgevoerd door POSTECH en KAERI. Het doel van het experiment was om te bevestigen dat het breken van de sifon haalbaar op de real-schaalgrootte is, en om te identificeren factoren die invloed hebben op sifon breken. Experimentele resultaten tonen aan dat de LOCA grootte en de grootte van de SBL de belangrijkste waren variabelen beïnvloeden de undershooting.

De berekening van de sifon breken is veel te ingewikkelde, want er zijn veel parameters die moeten worden overwogen. Eerdere studies hebben een bevredigend theoretisch model voor siphon breken niet ingediend. Om deze reden, werd een theoretisch model die van de werkelijke sifon breken fenomeen analyseren kan opgericht uit de onroerend-schaal sifon breaker experimentresultaten. Het theoretische model is gebaseerd op de stromingsleer en het Chisholm-model voor twee fasen stroom. De Bernoulli's vergelijkingen, kan de snelheid van stroom worden ontleend. Bovendien andere belangrijke variabelen, zoals volumetrisch debiet, waterstand en undershooting hoogte, kon berekend op basis van het theoretische model gezien twee fasen stroom.

Vervolgens werd een simulatie programma ontwikkeld op basis van het theoretische model. Wanneer de simulatieresultaten werden vergeleken met de experimentele resultaten, werd aangetoond dat het theoretische model het echte sifon breken verschijnsel kan analyseren. De simulatieresultaten kunnen worden gebruikt als basis voor de beoordeling van de veiligheid van de onderzoeksreactor tegen pijp breuk ongevallen, en het programma kan worden gebruikt voor het ontwerp van de sifon breker.

De nieuw ontwikkelde theoretisch model en simulatie programma waren echter alleen ontwikkeld uit het experiment van de onroerend-schaal met een 16 in de belangrijkste pijp grootte. Om te controleren of de toepasselijkheid van de simulatie programma op verschillende schalen, bereiden wij een nieuwe experimentele faciliteit voor kleinschalige sifon breaker tests door miniaturizing van de eerdere onroerend-schaal experimentele faciliteit. Een breed scala van de C-factor en Chisholm coëfficiënt B, met inbegrip van het bereik van bestaande experiment, zal worden beschouwd.

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)