Etude de Siphon Breaker expérience et Simulation pour un réacteur de recherche

Summary

Le siphon briser le phénomène a été étudié expérimentalement et un modèle théorique a été proposé. Un programme de simulation basé sur le modèle théorique a été mis au point et les résultats du programme de simulation ont été comparés avec les résultats expérimentaux. Il a été conclu que les résultats du programme simulation correspondant bien les résultats expérimentaux.

Abstract

Dans les conditions de conception d’un réacteur de recherche, le phénomène de siphon induit par la rupture de la conduite peut provoquer des flux d’eau continu vers l’extérieur. Pour empêcher cet écoulement, un dispositif de contrôle est nécessaire. Un disjoncteur de siphon est un type de dispositif de sécurité qui peut être utilisé pour contrôler la perte d’eau de refroidissement efficace.

Pour analyser les caractéristiques du siphon rupture, ont conduit une expérience de réel à l’échelle. Les résultats de l’expérience, il a été constaté qu’il existe plusieurs facteurs de conception qui affectent le siphon briser le phénomène. Par conséquent, il est nécessaire d’élaborer un modèle théorique capable de prévoir et d’analyser le siphon briser le phénomène dans diverses conditions de conception. En utilisant les données expérimentales, il était possible d’élaborer un modèle théorique qui prédit avec précision l’état d’avancement et le résultat du phénomène de rupture siphon. Le modèle théorique établi est basé sur la mécanique des fluides et intègre le modèle Chisholm pour analyser les débits diphasiques. De l’équation de Bernoulli, la vitesse, la quantité, se posant avant hauteur, niveau d’eau, pression, coefficient de frottement et les facteurs liés à l’écoulement biphasé puisse être fournie ou calculée. En outre, pour pouvoir utiliser le modèle établi dans la présente étude, un programme de conception et d’analyse de disjoncteur siphon a été développé. Le programme de simulation fonctionne sur la base du modèle théorique et retourne le résultat sous forme de graphique. L’utilisateur peut confirmer la possibilité du siphon briser en vérifiant la forme du graphique. En outre, enregistrer le résultat de la simulation tout est possible et il peut être utilisé comme ressource pour analyser le siphon véritable rupture système.

En conclusion, l’utilisateur peut confirmer le statut du siphon breaking and design, le système de disjoncteur de siphon en utilisant le programme développé dans cette étude.

Introduction

Le nombre de réacteurs à l’aide de carburant de type à plaques, comme le Jordan recherche et la formation réacteur (JRTR) et le réacteur de recherche KiJang (KJRR), a augmenté récemment. Afin de connecter facilement le carburant de type à plaques, le réacteur de recherche nécessite un flux de noyau à la baisse. Étant donné que les réacteurs de recherche exigent la tête d’aspiration positive nette du système de refroidissement primaire, certains composants du système refroidissement pourraient potentiellement être installés sous le réacteur. Toutefois, en cas de rupture de canalisation dans le système de refroidissement primaire sous le réacteur, l’effet de siphon provoque un drainage continu du liquide de refroidissement qui pourrait résulter de l’exposition du réacteur à l’air. Cela signifie que la chaleur résiduelle ne peut être retirée, ce qui pourrait conduire à un accident grave. Dans le cas d’un accident de perte de liquide de refroidissement (LOCA), un dispositif de sécurité qui peut empêcher un accident grave est donc nécessaire. Un disjoncteur de siphon est un tel dispositif de sécurité. Il peut effectivement empêcher le drainage de l’eau à l’aide d’irruption d’air. L’ensemble du système est appelé le siphon briser le système.

Plusieurs études pour améliorer la sécurité de réacteurs de recherche ont été réalisées. McDonald et martre¹ ont réalisé une expérience pour confirmer l’efficacité d’un siphon robinet comme une casse-exploitation activement. Neill et Stephens² a réalisé une expérience utilisant un séparateur de siphon comme un dispositif actionné passivement dans un tuyau de petite taille. Sakurai³ a proposé un modèle analytique pour analyser le siphon rupture où un modèle de flux entièrement séparé air-eau a été appliqué.

Siphon de rupture est extrêmement complexe car il existe de nombreux paramètres qui doivent être prises en considération. En outre, parce que les expériences pour les réacteurs de recherche à l’échelle réelle n’a été effectuées, il est difficile d’appliquer des études antérieures dans les réacteurs de recherche contemporaine. Par conséquent, les études antérieures n’ont présenté un modèle théorique satisfaisant pour siphon briser. Pour cette raison, une expérience du réel à l’échelle a été menée afin d’établir un modèle théorique.

Pour étudier l’effet du disjoncteur siphon sur un réacteur de recherche, les expériences de real-balance de vérification ont été effectuées de Pohang University of Science et technologie (POSTECH) et Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)^{4,5 ,6}. La figure 1 est l’installation réelle pour l’expérience de briseur de siphon. La figure 2 montre un schéma de l’installation et il comprend la marque de l’établissement.

Figure 1. Installation pour le siphon briser expérience démonstration. Diamètre du tube principal est 16 po et une fenêtre en acrylique est installée pour l’observation. L’orifice est un dispositif élaboré pour décrire la chute de pression. Il y a donc une partie de l’Assemblée d’orifice au fond du réservoir supérieur. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2. Diagramme schématique de l’installation expérimentale. L’emplacement des points de mesure est présenté. Les nombres indiquent ces endroits pertinents ; point 0 signifie l’entrée du disjoncteur siphon, point 1 signifie le niveau d’eau, point 2 équivaut à la pièce reliée le disjoncteur du siphon et la canalisation principale et point 3 signifie la LOCA situer. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Le centre expérimental de briseur de siphon se compose d’un réservoir supérieur, un réservoir inférieur, un système de tuyauterie et une pompe de retour. La capacité du réservoir supérieur est 57,6 m³. La zone du fond et la profondeur sont 14,4 m² (4 m x 3,6 m) et 4 m, respectivement. Le réservoir inférieur et la position de LOCA sont situé à 8,3 m au-dessous du réservoir supérieur. La capacité du réservoir du bas est de 70 m³. Le réservoir inférieur est utilisé pour stocker l’eau pendant l’expérience. Le réservoir inférieur est relié à la pompe de retour. L’eau dans le réservoir inférieur est pompée dans le réservoir supérieur. La taille de la canalisation principale de la tuyauterie est de 16 po. La fin de la ligne de disjoncteur Siphon (SBL) se situe à 11,6 m surplombant le tuyau inférieur point de rupture. En outre, windows acryliques sont installés sur le tuyau pour la visualisation, comme illustré à la Figure 1.

Plusieurs appareils ont été installés pour mesurer les signaux physiques. Deux capteurs de pression absolue (APTs) et trois capteurs de pression différentielle (DPTs) ont été utilisés. Pour mesurer le débit massique de l’eau, un compteur de débit ultrasonique a été utilisé. Un système d’acquisition de données a été utilisé pour obtenir toutes les données de mesure à 250 ms des intervalles de temps. En plus de l’équipement pour la mesure, caméras ont été installées pour l’observation et un souverain était fixé sur la paroi intérieure du réservoir supérieur pour vérifier le niveau d’eau.

Différentes tailles de disjoncteur (SB) LOCA et siphon, siphon disjoncteur types (ligne/trou) et la présence d’orifice concernant le combustible des réacteurs et le point de rupture de canalisation ont été examinées dans l’expérience. Afin de vérifier l’effet de la taille LOCA et SBL, différentes tailles de LOCA et SBL ont été utilisés. Le LOCA varie de 6 à 16 po et les tailles SBL varies de 2 à 6 en. Dans l’expérience, type ligne et trou de briseurs de siphon ont été utilisés, mais le contenu suivant cette étude considère uniquement le type SBL utilisé dans les JRTR et les KJRR. Ainsi des résultats expérimentaux, la Figure 3 est un graphique qui inclut les données sur la pression et l’eau le débit. L’expérience a été menée sur 4 octobre 2013 et l’échantillon de données expérimentales est LN23 (type de ligne SB, aucun orifice, 12 en LOCA, 2,5 pouces SBL).

Partir des données d’expérience, le modèle théorique qui peut prédire le siphon briser le phénomène a été créé. Le modèle théorique commence par l’équation de Bernoulli. La vitesse du fluide est obtenue à partir de l’équation de Bernoulli et le débit volumétrique peut être obtenu en multipliant la vitesse du fluide par la surface du tuyau. En outre, le niveau d’eau peut être obtenu en utilisant le débit volumétrique. Le concept de base du modèle théorique est comme ci-dessus. Cependant, puisque le siphon briser le phénomène est un écoulement diphasique, il y a des points supplémentaires à prendre en considération. Afin d’étudier un modèle d’analyse de flux en deux phases, un test de vérification de précision a été réalisé. Étant donné que le modèle de Chisholm a été plus précis qu’un modèle homogène, le modèle de Chisholm est utilisé pour analyser le phénomène. Selon le modèle de Chisholm, la formule du multiplicateur en deux phases est exprimée par l’équation 1⁷. Dans cette équation, ф représente le multiplicateur en deux phases, ρ représente la densité et X représente la qualité.

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classe p = « jove_content » > modèle dans the Chisholm, un coefficient B qui varie en fonction du débit massique a été inclus. En fin de compte, le calcul d’une formule de corrélation entre le coefficient B de Chisholm et conditions de conception de réacteur est un point important du modèle théorique. En d’autres termes, un autre l’expérience visait à obtenir des données permettant d’établir la relation entre les conditions de conception et de coefficient de Chisholm B. Depuis les résultats de test, une formule de corrélation entre les conditions de conception et le coefficient B de Chisholm a été créée. Le modèle théorique obtenu a été développé pour prédire le siphon briser phénomène bien.

En outre, un programme de simulation avec une Interface d’utilisateur graphique (GUI) a été développé. Par la transition des données de pression absolue dans la Figure 3, le phénomène peut être divisé en trois étapes : la perte de liquide de refroidissement (courant monophasé), rupture de Siphon (écoulement diphasique) et état d’équilibre. Par conséquent, le processus de l’algorithme de calcul principal comprend un processus en trois étapes correspondant aux trois étapes du phénomène réel. Y compris le processus de calcul, l’algorithme entier pour décrire le processus de simulation est illustré à la Figure 4⁸.

L’utilisation du logiciel (voir la vidéo 1) pour commencer la simulation, l’utilisateur a entré les paramètres d’entrée correspondant aux conditions de conception et les paramètres d’entrée sont stockés sous forme de valeurs fixes. Si l’utilisateur procède à la simulation après avoir entré les paramètres, le programme effectue la première étape de calcul. La première étape est le calcul monophasé, qui est le calcul de la perte de liquide de refroidissement dû à l’effet de siphon après la rupture de la canalisation. Les variables sont calculés automatiquement par le modèle théorique (comme dans l’équation de Bernoulli, préservation de débit massique, etc), et le calcul du produit de la saisie des paramètres par l’utilisateur. Les résultats du calcul sont stockées dans l’ordre dans la mémoire de l’ordinateur selon l’unité de temps désignée par l’utilisateur.

Si les gouttes d’eau niveau ci-dessous la position 0, cela signifie que le débit monophasé se termine, parce que l’air commence à se précipiter dans la LTT en ce moment. Par conséquent, la première étape pour courant monophasé continue jusqu'à ce que le niveau d’eau atteigne la position 0. Lorsque le niveau d’eau est à la position 0, cela signifie que la hauteur undershooting est nulle. La hauteur d’undershooting est la différence de hauteur entre l’entrée de la LTT et le niveau de l’eau du réservoir supérieur après la rupture de siphon. En d’autres termes, se posant avant hauteur indique combien le niveau d’eau a baissé le siphon briser. Par conséquent, la hauteur d’undershooting est un paramètre important, parce qu’il permettrait la détermination directe de la quantité de perte de liquide de refroidissement. Par conséquent, le programme détermine la fin de la première étape de calcul selon la hauteur undershooting.

Si la hauteur undershooting est supérieure à zéro, le programme effectue une deuxième étape de calcul qui peut simuler les débits diphasiques. Parce que l’écoulement de l’eau et l’air sont présents dans le siphon briser le stade, les propriétés physiques des deux fluides doivent être considérées. Par conséquent, les valeurs du multiplicateur en deux phases, la qualité et la fraction de vide sont jugées dans cette étape de calcul. Spécialement, la valeur de la fraction de vide est utilisée comme se terminant le critère de la deuxième étape de calcul. La fraction de vide peut être exprimée comme le ratio du flux d’air à la somme de l’air et l’eau coule. La deuxième étape de calcul continue jusqu'à ce que la valeur de fraction de vide (α) est au-dessus de 0,9. Une fois α plus de 0,9, la troisième étape de calcul produit qui décrit l’état stationnaire. Théoriquement, le critère de fin pour siphon rupture est α = 1 puisqu’il n’existe que de l’air dans le tuyau en ce moment. Toutefois, dans ce programme, les critères de fin pour siphon rupture est α = 0,9 pour éviter toute erreur dans le processus de calcul. Par conséquent, une perte partielle des résultats est inévitable, mais cette erreur peut être négligeable.

Calcul de l’état d’équilibre se produit pendant le temps défini par l’utilisateur. Parce qu’il n’y a aucun autre changement, l’état d’équilibre est caractérisé en ce que les valeurs de résultat de calcul sont toujours constantes. Si siphon rupture est réussie, le niveau final de l’eau dans le réservoir supérieur reste à une valeur spécifique, pas de zéro. Toutefois, si la rupture de siphon n’est pas effectuée avec succès, le liquide de refroidissement sera presque perdu, et le niveau final de l’eau approche zéro valeur. Par conséquent, si la valeur de niveau d’eau est égal à zéro en état stationnaire, il indique que les conditions de dessin ou modèle donné ne suffisent pas à remplir le siphon rupture.

Après le calcul, l’utilisateur peut confirmer les résultats de diverses manières. Les résultats indiquent l’état du siphon briser, siphon briser les progrès et singularité. Le programme de simulation peut prévoir et analyser le phénomène de façon réaliste et aider à la conception de ce système de disjoncteur de siphon. Dans ce document, le protocole de l’expérience, des résultats de l’expérience et l’application du programme simulation sont présentés.

Protocol

1. procédure expérimentale de ^{5 , 4 , 6}

1. préparation
   1. vérifier l’installation expérimentale. Basé sur la matrice de test, vérifiez attentivement les conditions d’essai matrice de test, telles que LOCA taille SBL dimensions, types de disjoncteur de siphon et la présence d’orifice, avant l’expérience. Aussi, le test pour confirmer que l’instrumentation et les composants de l’installation fonctionnent correctement sans bruit de données ou de dysfonctionnements.
   2. Remplir le réservoir supérieur avec de l’eau à l’aide de la pompe de retour installée à l’intérieur de la cuve inférieure.
   3. Enlever l’air résiduel à l’intérieur de la PPE. Utiliser une pompe à vide et la chambre de la mémoire tampon pour retirer l’air résiduel de SBL.
   4. Vérifier le niveau initial de l’eau du réservoir supérieur. Utiliser la règle fixée à la citerne.
2. Étape de test
   1. ouvrir la valve à la fin du système de tuyauterie.
   2. En utilisant le système d’acquisition de données dans la salle de contrôle, vérifier les données mesurées, tels que les variations de pression, niveau d’eau et débit pendant le phénomène de rupture de siphon. S’il n’y a aucun écoulement de liquide de refroidissement, la première expérience se termine. Enfin, enregistrer les résultats expérimentaux obtenus avec les conditions d’essai donnée.
3. Changer les variables de test (SBL taille, taille LOCA, présence de l’orifice et la position de le LOCA) comme suit.
   1. Changement la LTT taille successivement à 2, 2.5, 3, 4, 5 et 6 dans ; la LTT donnée est raccordée à la canalisation principale par un joint de bride à la position 2 à la Figure 2.
      Remarque : Les variables expérimentales, telles que SBL taille, taille LOCA et la présence d’orifice, sont modifiées à l’aide du joint de bride avec boulons et écrous. Par conséquent, ces procédés se déroulent manuellement.
   2. Répéter les étapes 1.1.1 - 1.2.2 jusqu'à ce que toutes les expériences de tailles SBL sont faits.
   3. Avec le LOCA en position 1, changer la taille LOCA successivement à 6, 8, 10, 12, 14 et 16 pouces, le réducteur donné est raccordé à la canalisation principale par un joint de bride à la position 3 à la Figure 2.
   4. Répéter les étapes 1.1.1 - 1.3.2 jusqu'à ce que toutes les expériences de tailles LOCA sont faits.
   5. Installer l’orifice (ou supprimer l’orifice) raccordé à la canalisation principale par un joint de bride au fond du réservoir supérieur.
      Remarque : Les expériences de l’étape précédente ont été menées avec l’absence (ou la présence) de l’orifice. Par conséquent, l’orifice doit être installé (ou être supprimé) pour la prochaine expérience.
      1. Pour faire ce travail, s’assurer qu’il n’y a pas d’eau dans le réservoir supérieur.
   6. Répétezlesétapes 1.1.1 - 1.3.4. Pour confirmer l’effet de taille SBL et LOCA sous la présence (ou non) de l’orifice, répétez l’étape précédente.
   7. Changer la LOCA sur la position 2, comme les expériences de l’étape précédente ont été réalisées avec la position de LOCA 1. Changer la position de LOCA pour la prochaine expérience.
      Remarque : Dans le montage expérimental, deux positions de LOCA sont construites. Chaque tube LOCA avec une vanne papillon est relié à un système de canalisations principales.
      1. Pour changer la position de LOCA, fermer la vanne de papillon à la position 1 de la LOCA et ouvrir la valve à la position de LOCA 2.
   8. Répétezlesétapes 1.1.1 - 1.3.6.

2. Exécution du programme de Simulation

1. cliquez sur l’icône du programme à exécuter le programme de Simulation de disjoncteur Siphon.
   Remarque : La procédure est illustrée dans la vidéo 1. Comme le montre, l’écran initial du programme simulation se compose de 4 boutons (montrer le paramètre, Run, manuel et sortie). Lorsque l’utilisateur clique sur le ' Show paramètres ' bouton, une nouvelle fenêtre de commande s’ouvre et il comprend la liste des paramètres. L’utilisateur peut modifier et confirmer les valeurs numériques des variables. Le ' Run ' bouton exécute les calculs en substituant les paramètres d’entrée dans les formules inclus. Le ' Manuel ' bouton est destiné à informer la version de programme et de son utilisation et la ' sortie ' bouton ferme le programme. Les résultats sont indiqués dans le ' Show Results ' windows.
2. Cliquez sur le " Voir la paramètre " bouton.
3. Modifier les données d’entrée, compte tenu des conditions de simulation donnée.
4. Cliquez sur le " Run " bouton.
5. Vérifier la forme de graphique de niveau d’eau le ' Show Results ' fenêtre. Le programme organise les valeurs de résultat avec le temps et trace le graphique automatiquement.
   1. Grâce à la forme du graphique, visuellement confirmer la possibilité du siphon briser ; si le niveau d’eau ou de la hauteur se posant avant a la même valeur régulièrement jusqu'à la fin, siphon rupture est possible vu les circonstances. Voir la Figure 3.
6. Vérifier les autres sorties le ' Show Results ' fenêtre. Notez qu’il existe huit options (niveau d’eau, se posant avant hauteur, pression, vitesse d’écoulement, vitesse de l’air, vitesse de mélange en deux phases, quantité et friction) pour vérifier la sortie. Sélectionnez le type de graphique à l’aide de la case à cocher.
   Remarque : Il est facile de comprendre le phénomène de rupture de siphon en un coup de œil parce que le changement de chaque valeur avec le temps peut être vu dans les graphes.
7. Confirmer la valeur spécifique de sortie selon le temps en cliquant sur le " calculer dans le temps spécifique " bouton. Entrez le temps désiré et vérifier les résultats selon l’heure réglée.
8. Enregistrer toutes les données de résultat de simulation en cliquant sur le " enregistrer les données " bouton.
   Remarque : Les résultats sont sauvegardés sous forme de fichier texte, et des conditions simulées sont enregistrées ensemble.

Representative Results

Tout le processus de rupture de siphon se compose de trois étapes. La première étape est l’écoulement du liquide de refroidissement dû à l’effet de siphon. La deuxième étape est le processus de démarrage de l’afflux d’air à travers la LTT pour bloquer la perte de liquide de refroidissement, appelé rupture de siphon. Le phénomène de rupture de siphon peut être considéré comme une forte augmentation de la pression absolue à la Figure 3. Après que la pression absolue augmente rapidement, il est progressivement réduite à cause de la diminution du niveau d’eau. À l’extrémité du siphon, rupture, depuis certains flux résiduel de l’eau vers le réservoir supérieur, la pression absolue augmente à nouveau. Si le siphon rupture est terminé, il n’y a aucune autre fuite de liquide de refroidissement et cet État est appelé « état stable ». Parce qu’il n’y a aucune autre modification de l’État, la pression absolue est également maintenue constante. Le débit, ce qui a été maintenu à une valeur élevée au cours de la première étape, diminue peu à peu comme le siphon rupture commence. Lorsque le siphon rupture est terminé, les fuites de liquide de refroidissement sont progressivement réduite et arrêté comme sur la vidéo 1. La pression différentielle dans la Figure 3 montre une tendance à augmenter progressivement après le début de la rupture du siphon.

En cas de la rupture de la canalisation en l’absence de celui qui brise le siphon, tout le liquide de refroidissement provoquera une fuite due à l’effet de siphon. L’expérience qui décrit l’absence de celui qui brise le siphon est montré en vidéo 2 (XN ; absence de celui qui brise le siphon). En revanche, vidéo 3 (LN ; disjoncteur de ligne type siphon) et Video 4 (HN ; disjoncteur de siphon de type trou) montrent que le disjoncteur du siphon empêche la perte de liquide de refroidissement. Dans les deux cas, il est confirmé que le liquide de refroidissement ne fuit pas inférieure à un certain niveau d’eau. Par conséquent, les expériences ont montré que le disjoncteur du siphon peut être un dispositif viable pour prévenir la perte de liquide de refroidissement.

Par ailleurs, des résultats expérimentaux, il était possible de définir la relation entre le coefficient de Chisholm et les conditions de conception. Dans un premier temps, afin de refléter les conditions expérimentales, le processus de mise au point du coefficient de perte de pression a été réalisé. Après avoir réglé le coefficient de perte de pression, coefficient B de Chisholm a été déduit par une méthode d’essais et d’erreurs. Parce que le débit massique de l’air et l’eau doit être considéré lors de la définition de la valeur du coefficient B Chisholm, un critère pour évaluer le débit-masse quantitativement était nécessaire. Ce critère a été obtenu en utilisant un facteur de taux de débit air et le débit massique de l’eau. Le critère, appelé le facteur C, est utilisé pour déterminer la relation avec coefficient de Chisholm B. La formule proposée du facteur C est donnée par l’équation 2 et le facteur de vitesse du flux air est donné par l’équation 3^9,10. Dans les formules suivantes, ρ représente la densité, et K₀₂ représente le coefficient de perte de pression entre 0 et 2. Densité et le chiffre « 2 » dans l’équation 3 étant constantes, ils peuvent être éliminés. Par conséquent, le type simplifié de facteur de taux de débit air est appelé le facteur de F dans l’équation 2. Le débit massique de l’eau doit également être évalué ; Il augmente comme LOCA taille augmente, mais la surface augmente aussi en même temps. Par conséquent, le débit massique avec différentes tailles LOCA est divisé par la surface pour obtenir le débit-masse par unité de surface. Ici, la valeur du débit massique est calculée juste avant l’air passe dans le tuyau.

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Pour trouver la relation entre le coefficient B de Chisholm et le facteur C, analyse de régression a été utilisée. En conséquence, deux types de formules de corrélation (fonction exponentiel et quadratiques) pourrait être dérivée et R² valeurs étaient 0,93 (fonction exponentielle) et 0,97 (fonction quadratique). Chaque fonction est donnée comme équation 4 et 5 de l’équation⁹. Équation 4 a été en mesure de prévoir bien pour une taille relativement grande de LOCA, comme 12 po et 16 dans les tailles LOCA. En revanche, équation 5 a pu prédire bien pour des tailles relativement petites de LOCA, le 8 et 10 dans les tailles LOCA. Par conséquent, la fonction exponentielle sert à prévoir pour une taille relativement grande de LOCA supérieure à 11 dans, et la fonction quadratique est utilisée pour cela inférieure à 11.

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Autrement dit, la mise en place du modèle théorique est significatif que la prédiction du siphon briser le phénomène n’est possible en dérivant le coefficient Chisholm B les conditions de conception. Par conséquent, l’élaboration d’un programme de simulation qui comprend le modèle théorique serait utile pour analyser le phénomène et de concevoir le briseur de siphon.

Le graphique comparant la simulation et les résultats expérimentaux est illustré à la Figure 5. Si l'on considère le graphique, le programme de simulation pourrait prédire les résultats tirés de l’expérience du réel à l’échelle. Non seulement les résultats undershooting de hauteur, mais aussi les données sur le débit obtenues à partir du programme de simulation montrent des motifs semblables à ceux obtenus expérimentalement. La figure 6 est le graphe de flot de taux par rapport au temps nécessaire pour les tailles LOCA de 12 po et 16 po. Cependant, il y a quelques différences au début entre l’expérimentation et la simulation. En fait, l’évaluation de taux de flux expérimentale dans la phase de début a été basée sur la visualisation vidéo et les données sur le débit de l’expérience a été obtenues en calculant le niveau d’eau inférieur pendant 5 s. Cette méthode a un autre moyen car le débitmètre à ultrasons pourrait mesurer pas avec précision le débit avant l’écoulement complètement développé. La différence entre les résultats de l’expérimentation et la simulation semble être due à ce point. À l’exception de la phase de début, le débit simulé était semblable aux valeurs expérimentales et le programme a prédit avec précision la tendance selon la taille de LOCA.

Figure 3. Résultats expérimentaux. Les variables mesurées incluent le niveau de l’eau, se posant avant hauteur, pression et débit. Parmi les résultats, les données de taux de pression et le débit sont présentées. Compte tenu de la variation de la pression, le phénomène est largement divisé en trois sections ; Perte de liquide de refroidissement, rupture de Siphon et état d’équilibre. La citerne à pression àe, qui change un peu des changements dans la perte de section de liquide de refroidissement, augmente rapidement dans le siphon briser section. En outre, la pression ne change pas au cours de l’état d’équilibre. En outre, on peut considérer que le débit diminue graduellement en raison de la rupture du siphon. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4. Algorithme du programme simulation. L’algorithme est mis au point pour appliquer le modèle théorique⁹. Afin de refléter le véritable phénomène, le processus de l’algorithme de calcul principal consistait en trois étapes. Si les paramètres d’entrée qui reflètent les conditions de conception sont donnés, chaque étape est calculé automatiquement pour les critères donnés. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5. Estimation de validité. Pour évaluer l’exactitude des résultats de la simulation, se posant avant hauteur est comparé avec les résultats de l’expérience. Simulation s’est avérée pour correspondre raisonnablement les expériences. En d’autres termes, le programme de simulation a une bonne performance pour l’analyse du siphon briser. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6. Graphe de flot de taux. Le débit d’eau simulée (Sim) était similaire aux valeurs expérimentales (Exp). Parce que la simulation pouvait calculer de façon relativement précise les quantités de taux de débit, les valeurs de hauteur et de niveau d’eau undershooting simulées sont similaires aux valeurs expérimentales. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Vidéo 1. Siphon avec succès briser (LOCA). Cette vidéo est une expérience avec ce dernier siphon. Lorsque le papillon est ouvert à la position de LOCA, le liquide de refroidissement s’écoule. Cependant, les fuites de liquide de refroidissement sont progressivement réduite et arrêtée en raison du disjoncteur de siphon. En d’autres termes, cette vidéo montre que ce disjoncteur de siphon peut empêcher les fuites de liquide de refroidissement. S’il vous plaît cliquez ici pour voir cette vidéo. (Clic droit pour télécharger.)

Vidéo 2. Absence du disjoncteur siphon (XN). En l’absence d’un disjoncteur de siphon, le liquide de refroidissement continue s’écoule, et enfin le niveau d’eau du réservoir supérieur devient nulle. S’il vous plaît cliquez ici pour voir cette vidéo. (Clic droit pour télécharger.)

Vidéo de 3. Disjoncteur de ligne type siphon (LN). Le briseur de siphon empêche la perte de liquide de refroidissement. S’il vous plaît cliquez ici pour voir cette vidéo. (Clic droit pour télécharger.)

Vidéo de 4. Disjoncteur de siphon de type trou (HN). Le briseur de siphon empêche la perte de liquide de refroidissement. S’il vous plaît cliquez ici pour voir cette vidéo. (Clic droit pour télécharger.)

Vidéo supplémentaire 1. Exécution du programme de simulation. L’écran initial du programme simulation se compose de 4 boutons (montrer le paramètre, Run, manuel et sortie). Lorsque l’utilisateur clique sur le bouton « Afficher les paramètres », une nouvelle fenêtre de commande s’ouvre et il comprend la liste des paramètres. L’utilisateur peut modifier et confirmer les valeurs numériques des variables. Le bouton « Exécuter » effectue les calculs en substituant les paramètres d’entrée dans les formules inclus. « Manuel » est le bouton pour la notification de la version de programme et de son utilisation, et « Sortie » est un bouton pour fermer le programme. Les résultats apparaissent dans les fenêtres de « Montrer des résultats ». S’il vous plaît cliquez ici pour voir cette vidéo. (Clic droit pour télécharger.)

Discussion

Un disjoncteur de siphon est un dispositif de sécurité actionné passivement utilisé pour prévenir la perte de liquide de refroidissement lorsque survient un accident de rupture de tuyau. Toutefois, il est difficile d’appliquer aux réacteurs de recherche contemporaine car il n’y a aucune expérience pour les réacteurs de recherche à l’échelle réelle. Pour cette raison, l’expérience du réel à l’échelle a été menée par POSTECH et KAERI. Le but de l’expérience était de confirmer que la rupture de siphon est réalisable à la taille réelle à l’échelle, et pour identifier les facteurs qui affectent la siphonner rupture. Les résultats expérimentaux montrent que la taille LOCA et la SBL taille étaient les principales variables influençant se posant avant.

Le calcul du siphon rupture est beaucoup trop complex car il existe de nombreux paramètres qui doivent être prises en considération. Des études antérieures n’ont présenté un modèle théorique satisfaisant pour siphon briser. Pour cette raison, un modèle théorique qui pourrait analyser le phénomène de rupture réelle siphon a été établi à partir des résultats d’expérience disjoncteur échelle réel siphon. Le modèle théorique reposait sur la mécanique des fluides et le modèle de Chisholm pour les débits diphasiques. Des équations de Bernoulli peut dériver de la vitesse d’écoulement. En outre, autres variables significatives, telles que le débit volumétrique, niveau d’eau et se posant avant hauteur, pourraient être calculées du modèle théorique compte tenu des débits diphasiques.

Ensuite, un programme de simulation a été développé selon le modèle théorique. Lorsque les résultats de simulation ont été comparés avec les résultats expérimentaux, il a été démontré que le modèle théorique pourrait analyser le phénomène de rupture véritable siphon. Les résultats de simulation peuvent servir comme base pour juger de la sécurité du réacteur de recherche contre les accidents de rupture de tuyau, et le programme peut être utilisé pour la conception du disjoncteur siphon.

Toutefois, le nouveau modèle théorique et le programme de simulation élaborés uniquement de l’expérience du réel à l’échelle avec une 16 pouces taille du tuyau principal. Pour vérifier l’applicabilité du programme simulation à diverses échelles, nous préparons une nouvelle installation expérimentale pour tests de briseur de siphon à petite échelle de miniaturisation de la précédente installation expérimentale de réel à l’échelle. Un large éventail du facteur C et coefficient de Chisholm B, y compris la gamme de l’expérience existante, est considéré.

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)