Efectos de los diseños de orificio y de rejilla de absorción en la mezcla de refrigerante en la entrada de un ensamblaje de combustible tipo SMR RITM
Autores: Riazanov, Anton; Dmitriev, Sergei; Doronkov, Denis; Dobrov, Aleksandr; Pronin, Aleksey; Solntsev, Dmitriy; Demkina, Tatiana; Kuritsin, Daniil; Nikolaev, Danil
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Efectos de los diseños de orificio y de rejilla de absorción en la mezcla de refrigerante en la entrada de un ensamblaje de combustible tipo SMR RITM
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio experimental
Flujo de refrigerante
Ensamblaje de combustible
Condiciones de entrada
Estructura de flujo
Intercambio de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo presenta los resultados de un estudio experimental sobre la hidrodinámica del refrigerante en la entrada del conjunto de combustible en el núcleo del reactor RITM. La importancia de estos estudios radica en el impacto significativo que las condiciones de flujo de entrada tienen en la estructura del flujo dentro de un conjunto de combustible. Una variación significativa en la velocidad axial y las tasas de flujo locales puede afectar en gran medida los procesos de intercambio de calor dentro del conjunto de combustible, comprometiendo potencialmente la seguridad de la operación del núcleo. El objetivo de este trabajo fue investigar el efecto de diferentes diseños de dispositivos de entrada de orificio y rejillas de absorción integradas en el patrón de flujo del refrigerante en el haz de varillas del conjunto de combustible. Para lograr este objetivo, se realizaron experimentos en un modelo a escala de la sección de entrada del conjunto de combustible, que incluía todos los componentes estructurales del conjunto de combustible real, desde el dispositivo de entrada de orificio hasta las rejillas de separación secundarias. El modelo de prueba se redujo en un factor de 5.8 respecto al conjunto de combustible original. Se utilizaron dos métodos para estudiar la hidrodinámica: mediciones con sonda de presión dinámica y la técnica de inyección de trazadores. Los estudios se llevaron a cabo en varias secciones a lo largo de la longitud del modelo de prueba, cubriendo toda su sección transversal. La elección de los lugares de medición fue determinada por las características de diseño del modelo de prueba. El coeficiente de pérdida (K) del dispositivo de entrada de orificio en posiciones completamente abiertas y cerradas al máximo fue determinado experimentalmente. Las características del flujo del refrigerante en la entrada del conjunto de combustible se visualizaron utilizando gráficos de velocidad axial en secciones transversales, así como gráficos de distribución de concentración para el trazador inyectado. La geometría del dispositivo de orificio de entrada en el conjunto de combustible tiene un impacto significativo en el patrón de velocidad de flujo axial hasta el centro del haz de combustible, entre las primeras y segundas rejillas de separación. Se crean dos zonas de baja velocidad axial en los bordes de la cubierta del elemento de combustible, paralelas a las placas de montaje, en la entrada del haz de combustible. Estas irregularidades en la velocidad axial se nivelan antes de alcanzar la segunda rejilla. Las placas de sujeción de los elementos de combustible al difusor influyen en gran medida en la intensidad y dirección de la mezcla del flujo. Se realizó un análisis comparativo de la efectividad de dos tipos de rejillas de absorción integradas. Los resultados experimentales se utilizaron para justificar modificaciones de diseño de elementos individuales del conjunto de combustible y para validar el rendimiento hidráulico de nuevos diseños de núcleo. Además, los datos experimentales pueden utilizarse para validar códigos de CFD.
Descripción
Este artículo presenta los resultados de un estudio experimental sobre la hidrodinámica del refrigerante en la entrada del conjunto de combustible en el núcleo del reactor RITM. La importancia de estos estudios radica en el impacto significativo que las condiciones de flujo de entrada tienen en la estructura del flujo dentro de un conjunto de combustible. Una variación significativa en la velocidad axial y las tasas de flujo locales puede afectar en gran medida los procesos de intercambio de calor dentro del conjunto de combustible, comprometiendo potencialmente la seguridad de la operación del núcleo. El objetivo de este trabajo fue investigar el efecto de diferentes diseños de dispositivos de entrada de orificio y rejillas de absorción integradas en el patrón de flujo del refrigerante en el haz de varillas del conjunto de combustible. Para lograr este objetivo, se realizaron experimentos en un modelo a escala de la sección de entrada del conjunto de combustible, que incluía todos los componentes estructurales del conjunto de combustible real, desde el dispositivo de entrada de orificio hasta las rejillas de separación secundarias. El modelo de prueba se redujo en un factor de 5.8 respecto al conjunto de combustible original. Se utilizaron dos métodos para estudiar la hidrodinámica: mediciones con sonda de presión dinámica y la técnica de inyección de trazadores. Los estudios se llevaron a cabo en varias secciones a lo largo de la longitud del modelo de prueba, cubriendo toda su sección transversal. La elección de los lugares de medición fue determinada por las características de diseño del modelo de prueba. El coeficiente de pérdida (K) del dispositivo de entrada de orificio en posiciones completamente abiertas y cerradas al máximo fue determinado experimentalmente. Las características del flujo del refrigerante en la entrada del conjunto de combustible se visualizaron utilizando gráficos de velocidad axial en secciones transversales, así como gráficos de distribución de concentración para el trazador inyectado. La geometría del dispositivo de orificio de entrada en el conjunto de combustible tiene un impacto significativo en el patrón de velocidad de flujo axial hasta el centro del haz de combustible, entre las primeras y segundas rejillas de separación. Se crean dos zonas de baja velocidad axial en los bordes de la cubierta del elemento de combustible, paralelas a las placas de montaje, en la entrada del haz de combustible. Estas irregularidades en la velocidad axial se nivelan antes de alcanzar la segunda rejilla. Las placas de sujeción de los elementos de combustible al difusor influyen en gran medida en la intensidad y dirección de la mezcla del flujo. Se realizó un análisis comparativo de la efectividad de dos tipos de rejillas de absorción integradas. Los resultados experimentales se utilizaron para justificar modificaciones de diseño de elementos individuales del conjunto de combustible y para validar el rendimiento hidráulico de nuevos diseños de núcleo. Además, los datos experimentales pueden utilizarse para validar códigos de CFD.