Projekti / Programi
Razvoj metod in modelov za simulacije termohidravličnih pojavov v inovativnih jedrskih reaktorjih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.01 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
Večfazni sistemi |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T160 |
Tehnološke vede |
Jedrsko inženirstvo in tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
jedrska termohidravlika, jedrski reaktorji IV generacije
Raziskovalci (19)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlog projekta je razdeljen v dva razmeroma neodvisna dela, ki pa jima je skupno to, da obravnavata termohidravliko jedrskih reaktorjev. Prvi del projekta se nanaša na termohidravliko reaktorjev hlajenih s tekočo kovino, drugi del pa na vodno hlajene reaktorje.
Za analize hlajenja oplodnih jedrskih reaktorjev hlajenih s tekočimi kovinami so potrebne simulacije turbulentnih tokov z nizkimi Prandtlovimi števili. V predlaganem projektu bomo izvedli podrobne direktne numerične simulacije toka v kanalu pri višjih Reynoldsovih številih, vključno z vezanim prenosom toplote pri nekaterih nizkih Prandtlovih številih, različnih razmerjih termične aktivnosti in različnih debelinah stene. Ti rezultati bodo dali natančne podatke o Nusseltovih številih, povprečnih temperaturnih profilih, profilih termičnih fluktuacij v tekočini in v steni, in ob-stenskih profilih turbulentnih Prandtlovih števil. Na vse te parametre bolj ali manj vpliva bližina vroče stene. Rezultati bodo izračunani s pomočjo psevdo-spektralnega programa za simulacijo tokov v kanalu in jih bo mogoče uporabiti za razvoj turbulentnih modelov prenosa toplote v tekočih kovinah, ki so potrebni v programih računske dinamike tekočin.
Za reaktorje, ki bodo v prihodnosti morda hlajeni z vodo pri nadkritičnih tlakih, bomo opravili simulacije prehodnih pojavov med, pri katerih hladilo istočasno nastopa v enem delu sistema v nadkritičnem stanju, v drugem delu pa v podkritičnem stanju. Pri simulacijah nadkritičnih tokov, ki predstavljajo normalno obratovalno stanje reaktorja, se stisljivost in specifična toplota pri prehodu psevdo-kritične krivulje lahko spremenita za en ali dva velikostna reda v območju nekaj stopinj Kelvina. Ta oster, še vedno pa zvezen prehod lahko povzroči številne težave pri numeričnih simulacijah dinamike tekočin. Namen projekta je nadgradnja modelov pri nadkritičnih tlakih in temperaturah in njihov preizkus v okviru obstoječega enodimenzionalnega programa WAHA, da bo le-ta deloval tudi v tem območju. Parne tabele v nadkritičnem območju bodo uporabne tudi za CFD simulacije prehodnih pojavov pri nadkritičnih tlakih in temperaturah. Naslednji cilj so simulacije prehodnih pojavov, ki so pomembni v primeru nezgodnih stanj in prehodov tekočine iz nadkritičnega v podkritično stanje (zlom posode/cevi z nadkritično vsebino in iztekanje na podkritični tlak).
Pomen za razvoj znanosti
Turbulentni prenos toplote v tekočih kovinah: - Ustvarili smo nova znanja in podrobne podatke o turbulentnem prenosu toplote pri nizkih Prandtlovih številih. Podatkovne baze z vsemi glavnimi statističnimi parametri, ki opisujejo turbulentni tok in je z njimi mogoče testirati in preverjati modele turbulence v grobih modelih računalniške dinamike tekočin so prosto dostopne vsem raziskovalcem. - Podrobno je opisana interakcija med temperaturnimi fluktuacijami v tekočini in v steni, ki jo tekočina hladi. Ti podatki so primerni za preverjanje modelov, s katerimi se raziskuje mehanizme termičnega utrujanja materialov. Prehodni pojavi z nadkritično vodo in kritični tok skozi zlom: - Enačbo stanja za vodo v nadkritičnem območju smo aproksimirali z različnimi metodami, ki jih je mogoče uporabiti v programih za računalniško dinamiko tekočin. Analizirali smo prednosti in slabosti posameznih aproksimacij. - Modele dvofaznega kritičnega toka smo preizkusili s simulacijami dveh eksperimentov. Uporaba modela v novi geometriji in z novimi robnimi pogoji nemške eksperimentalne naprave je pokazala na razmeroma velika razhajanja meritev in simulacij.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagane osnovne raziskave so omogočile vključitev Slovenije v mednarodno raziskovalno skupnost, ki se ukvarja z razvojem novih tipov jedrskih reaktorjev in s tem na posreden način odprlo vrata v to skupnost tudi ostalim slovenskim raziskovalnim skupinam in podjetjem. Projekt je med drugim predstavljal tudi del slovenskega prispevka k štiriletnemu projektu 7. okvirnega programa EU THINS, ki se je začel v letu 2010 in se je uspešno zaključil v letu 2015. Uspešnost projekta potrjuje novo sprejeti projekt SESAME, ki predstavlja nekakšno nadaljevanje projekta THINS. V okviru obeh projektov je IJS povezan s približno 20 institucijami EU, ki v projektih sodelujejo. Slovenija je pri tem edina članica iz novih članic EU. V okviru obeh evropskih projektov že poteka in bo še naprej potekala izmenjava raziskovalcev ter vzgoja kadrov. V raziskave sta bila vključena dva doktorska študenta.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
