Bir ergimiş tuz reaktöründe kor akışının CFD analizi ile homojenleştirilmesi
[ X ]
Tarih
2024
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Sinop Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/closedAccess
Özet
MSFR yakıt ve soğutucu olarak ergimiş tuz kullanan sıvı yakıtlı bir nükleer reaktördür. Sıvı yakıtlı olması reaktör korunda herhangi bir katı bileşen olmaması ve atmosfer basıncında çalışabilmesi gibi benzersiz özelliklere sahiptir. MSFR, Nesil IV nükleer reaktör konseptlerinden biridir. Çalışma sıcaklıkları 750 ˚C civarındadır ve düşük basınçlarda (atmosfer basıncı seviyelerinde) çalışacak şekilde tasarlanmışlardır. Toryum yakıt döngüsünden (Th232/U233) faydalanabilecek üretken reaktör konseptine uygundur. Pasif güvenlik sistemleri ön planda olan reaktör türlerindendir. Yakıt sıvı olduğu için erime riski yoktur. Reaktör sıcaklığı aşırı yükselmesi durumunda yakıt, dış müdahale gerektirmeden kritik altı drenaj tanklarına dökülerek güvenli kapatma sağlanır. Ergimiş tuzların termalhidrolik davranış şekli ve ısı transfer süreçleri tam olarak anlaşılmış değildir. MSFR reaktörlerinde blanket geometrisinden dolayı resirkülasyon bölgeleri oluşmaktadır. Bu bölgeler ısı üreten yakıtın reaktör içerisinde daha fazla zaman geçirmesine ve yüksek sıcaklığa neden olur. Yüksek sıcaklık noktaları gereksiz termal stres ve malzeme sorunlarına yol açar. Bu sorun uygun bir termalhidrolik tasarım ile önlenebilir. Bu çalışmada MSFR reaktörlerinde resirkülasyon bölgesi sorunlarını gidermek için kor geometrisi üzerinde değişiklikler yaparak optimum geometrik model geliştirmesi amaçlanmıştır. Çalışma boyunca ANSYS Fluent CFD kodu kullanılarak 16 giriş-çıkışlı MSFR (EVOL tasarımı) üzerinde resirkülasyon bölgesi sorunu incelenmiştir. Daha sonra 6 giriş-çıkışlı Small Modular MSR(SM-MSR) tasarımı geliştirilmiştir. EVOL tasarımında akışını homojen kabul edilebileceği durumlar gözlenirken, SM-MSR tasarımında optimizasyon ihtiyacı görülmüştür. Yapılan geometrik optimizasyonlar ile SM-MSR için de yakıtın akışının homojenliği sağlanabilmiştir. Özellikle 6 girişli SM-MSR modeli 16 girişli modele göre çok daha iyi bir akışkan davranışı sergilemiştir. Geliştirilen SM-MSR tasarımı, farklı CFD çözüm modellerinde de kararlı bir akışkan davranışı sergilemiştir.
MSFR is a liquid-fueled nuclear reactor that uses molten salt as both fuel and coolant. Being liquid-fueled, it has unique features such as having no solid components in the reactor core and operating at atmospheric pressure. MSFR is one of the Generation IV nuclear reactor concepts. It operates at temperatures around 750 ˚C and is designed to function at atmospheric pressure. The reactor is based on the thorium fuel cycle (Th232/U233). Passive safety systems are highly emphasized in the reactor. Since the fuel is liquid, there is no risk of meltdown. If the reactor temperature rises excessively, the fuel drains into subcritical drain tanks without external intervention, ensuring safe shutdown. The thermal-hydraulic behavior and heat transfer processes of molten salts are not yet fully understood. Recirculation zones form near the blanket in MSFR reactors, leading to high-temperature spots that cause unnecessary thermal stress and material issues. These problems can be prevented with appropriate thermal-hydraulic design. This study aims to develop an optimal geometric model by modifying the core geometry to address the recirculation zone issue in MSFR reactors. Throughout the study, the recirculation zone problem was examined on various models using ANSYS Fluent CFD code. Analyses conducted on a 16-inlet/outlet MSFR model and later on a 6-inlet Small Modular MSR (SM-MSR) model showed no recirculation issues in either model. Particularly, the 6-inlet SM-MSR model exhibited much better fluid behavior compared to the 16-inlet model. The SM-MSR model demonstrated more stable flow behavior even under various physical settings due to its unique fluid dynamics.
MSFR is a liquid-fueled nuclear reactor that uses molten salt as both fuel and coolant. Being liquid-fueled, it has unique features such as having no solid components in the reactor core and operating at atmospheric pressure. MSFR is one of the Generation IV nuclear reactor concepts. It operates at temperatures around 750 ˚C and is designed to function at atmospheric pressure. The reactor is based on the thorium fuel cycle (Th232/U233). Passive safety systems are highly emphasized in the reactor. Since the fuel is liquid, there is no risk of meltdown. If the reactor temperature rises excessively, the fuel drains into subcritical drain tanks without external intervention, ensuring safe shutdown. The thermal-hydraulic behavior and heat transfer processes of molten salts are not yet fully understood. Recirculation zones form near the blanket in MSFR reactors, leading to high-temperature spots that cause unnecessary thermal stress and material issues. These problems can be prevented with appropriate thermal-hydraulic design. This study aims to develop an optimal geometric model by modifying the core geometry to address the recirculation zone issue in MSFR reactors. Throughout the study, the recirculation zone problem was examined on various models using ANSYS Fluent CFD code. Analyses conducted on a 16-inlet/outlet MSFR model and later on a 6-inlet Small Modular MSR (SM-MSR) model showed no recirculation issues in either model. Particularly, the 6-inlet SM-MSR model exhibited much better fluid behavior compared to the 16-inlet model. The SM-MSR model demonstrated more stable flow behavior even under various physical settings due to its unique fluid dynamics.
Açıklama
29.08.2026 tarihine kadar kullanımı yazar tarafından kısıtlanmıştır.
Anahtar Kelimeler
Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
