Name: study of siphon breaker experiment and simulation for a research reactor
Uploaded: 2017-09-26T12:30:00
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这项工作得到了韩国国家研究基金会 (NRF) 资助的韩国政府 (MSIP: 科学、信息和通信技术和未来规划部) (No。NRF-2016M2B2A9911771)。

1. 实验程序 4 , 5 , 6 <ol> 准备步骤 <li> <ol> 检查实验设备。在测试矩阵的基础上, 仔细检查测试矩阵的测试条件, 如失水事故的大小, SBL 大小, 虹吸断路器的类型, 和存在的孔口, 在实验之前。此外, 测试, 以确认仪器和设备的组件工作正常, 没有数据噪音或故障. </li>
		<li> 使用安装在下部水箱中的回流泵将上部水箱装入水?...

<ol>
	<li>McDonald, J., Marten, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Siphon Break as a Blocking Valve. , (1958).</li><li>. Siphon Breaker Design Requirements 12. Experimental and Analytical Study Available from: <a target="_blank" href="https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426">https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426</a> (1993)</li><li>Sakurai, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=JAERI-Research+99-016.">JAERI-Research 99-016.</a> Study for Improvements of Performance of the Test and Research Reactors. , (1999).</li><li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Final Report of Experimental Studies on Siphon Breaker. , (2011).</li><li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimental Study of Siphon breaker. , (2013).</li><li>Kang, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Siphon Breaker Design on Research Reactor with Real-Scale Experiment. , (2015).</li><li>Fossa, M., Guglielmini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+Drop+and+Void+Fraction+Profiles+during+Horizontal+Flow+through+Thin+and+Thick+Orifices.">Pressure Drop and Void Fraction Profiles during Horizontal Flow through Thin and Thick Orifices.</a> Exp. Thermal Fluid Sci. 26, 513-523 (2002).</li><li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+siphon+breaker+simulation+program+for+investing+loss+of+coolant+accident+of+a+research+reactor.">Development of siphon breaker simulation program for investing loss of coolant accident of a research reactor.</a> Ann. Nucl. Energy. 101, 49-57 (2017).</li><li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+Study+on+Loss+of+Coolant+Accident+of+a+Research+Reactor.">Theoretical Study on Loss of Coolant Accident of a Research Reactor.</a> Nucl. Eng. Des. 309, 151-160 (2016).</li><li>Lee, K. Y., Seo, K. W., Chi, D. Y., Yoon, J. H., Kang, S. H., Kim, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+analytical+studies+on+the+siphon+breakers+in+research+reactor.">Experimental and analytical studies on the siphon breakers in research reactor.</a> European Research Reactor Conference. , 18-22 (2012).</li></ol>

虹吸断路器是一种被动操作的安全装置, 用于防止管道破裂事故发生时的冷却液损失。然而, 这是很难适用于当代研究反应堆, 因为没有实验的实际规模的研究反应堆。因此, 实际的实验是由 POSTECH 和 KAERI 进行的。试验的目的是确定虹吸破断在实际规模上是可行的, 并确定影响虹吸破碎的因素。实验结果表明, 失水的大小和 SBL 大小是影响低于的主要因素。
虹吸破碎的计算过于?...

使用板式燃料的反应堆的数量, 如约旦研究和训练反应堆 (JRTR) 和 KiJang 研究反应堆 (KJRR), 最近有所增加。为了方便地连接板式燃料 , 研究堆需要一个核心向动。由于研究反应堆需要主冷却系统的净正吸头, 一些冷却系统组件可能会安装在反应堆下面。然而, 如果管道破裂发生在反应堆下面的主冷却系统中, 虹吸效应会导致冷却剂的连续排水, 从而导致反应堆暴露在空气中。这意味着残余的热量不能被去除, 这可能导致严重的事故。因此, 在发生冷却剂事故时, 必须有防止发生严重事故的安全装置。虹吸式断路器是一种安全装置。它能有效地防止水的抽放, 利用空气的涌流。整个系统称为虹吸破碎系统。
对改进研究堆安全性进行了若干研究。麦当劳和貂1进行了一次实验, 以确认虹吸式破碎阀作为一个主动断路器的性能。尼尔和斯蒂芬斯2在小型管道中使用虹吸断路器作为被动操作装置进行了实验。樱井3提出了一个分析模型, 用于分析在完全分离的水下水流模型下的虹吸断裂。
虹吸破碎是非常复杂的, 因为有许多参数需要考虑。此外, 由于实际研究反应堆的实验尚未进行, 因此很难将以往的研究应用于当代的研究反应堆。因此, 以往的研究没有提出一个令人满意的理论模型的虹吸断裂。为此, 进行了实际实验, 建立了理论模型。
为探讨虹吸式断路器对研究堆的影响, 由浦科技大学 (POSTECH) 和韩国原子能研究所 (KAERI)4,5 进行了实际规模验证实验. ,6。图 1是虹吸断路器试验的实际设备。图 2显示了设施的示意图, 其中包括设施标记。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig1.jpg"> 
图1。虹吸式破碎示范试验装置.主要管道尺寸为 16, 并安装一个亚克力窗口进行观察。该孔是一种用来描述压降的装置。因此, 在上部水箱的底部有一个孔组件。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig1large.jpg" target="_blank">请单击此处查看此图的较大版本.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig2.jpg"> 
图2。实验装置的原理图.给出了测量点的位置。这些数字表明这些有关地点;点0表示虹吸断路器的入口, 点1表示水位, 点2表示虹吸断路器和主管道的连接部分, 点3表示失水位置。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig2large.jpg" target="_blank">请单击此处查看此图的较大版本.</a>
虹吸断路器试验装置由上罐、下罐、管路系统和回流泵组成。上部坦克的容量是 57.6 m3。底部区域和深度分别为 14.4 m2 (4 m x 3.6 m) 和 4 m。较低的油箱和失水事故的位置位于8.3 米以下的上部坦克。下槽容量为 70 m3。在实验中, 较低的水箱被用来储存水。下油箱与回流泵相连。下部水箱中的水被泵入上层水箱。管道系统的主要管道尺寸为16。虹吸断路器 (SBL) 的末端位于11.6 米高的低管断裂点之上。此外, 在管道上安装了亚克力窗口以进行可视化, 如图 1所示。
安装了几个设备来测量物理信号。使用了两个绝对压力传感器 (APTs) 和三差压传感器 (DPTs)。为了测量水质量流量, 采用了超声波流量计。数据采集系统被用来获取所有的测量数据在250毫秒的时间间隔。除了测量设备外, 还安装了摄像头进行观察, 并在上部水箱的内壁上附一把尺子, 以检查水位。
试验中考虑了各种失水事故和虹吸断路器 (SB) 的尺寸、虹吸开关类型 (线/孔) 以及反应器燃料和管路破裂点的存在。为了验证失水和 SBL 大小的影响, 采用了不同大小的失水和 SBL。失水事故的大小从6到 16, SBL 的大小从2到6不等。在实验中, 采用了虹吸式断路器的线型和孔型, 但本研究的以下内容只考虑了 JRTR 和 KJRR 中使用的 SBL 型。作为实验结果的一个例子,图 3是一个包含压力和水流速率数据的图。实验于2013年10月4日进行, 实验数据样本为 LN23 (线型 SB, 无孔, 12 失水, 2.5 SBL)。
通过实验数据, 建立了能预测虹吸破断现象的理论模型。理论模型以伯努利方程开始。从伯努利方程得到流体的流速, 通过将流体的流速乘以管道面积, 可以得到容积流速。此外, 还可以利用容积流速来获得水位。理论模型的基本概念如下。然而, 由于虹吸破碎现象是一个 two-phase 的流动, 有额外的点需要考虑。为了考虑 two-phase 流分析模型, 进行了精度验证试验。由于奇泽姆模型比均质模型更精确, 因此采用奇泽姆模型对该现象进行分析。根据奇泽姆模型, two-phase 乘数公式表示为公式 17。在这个等式, ф代表 two-phase 乘数, ρ代表密度, 并且 X 代表质量。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq1.jpg">(1)
p 类 = "jove_content" > 在奇泽姆模型中, 包含了随质量流变化的系数 B。最后, 推导了奇泽姆系数 B 与反应器设计条件之间的相关公式, 是理论模型的一个重要观点。换言之, 实验的另一个目的是获取数据, 以确定设计条件与奇泽姆系数 B 之间的关系。从试验结果出发, 建立了设计条件与奇泽姆系数 B 之间的相关公式。由此建立的理论模型可以较好地预测虹吸断裂现象。
此外, 还开发了一个具有图形用户界面 (GUI) 的仿真程序。通过在图 3中绝对压力数据的转换, 可以将此现象划分为三阶段: 冷却剂的损耗 (单相流动)、虹吸断裂 (两相流) 和稳态。因此, 该算法的主要计算过程包括一个与实际现象的三阶段相对应的三步过程。包括计算过程中, 描述模拟过程的整个算法如图 48所示。
使用该软件 (请参见补充视频 1) 开始模拟, 用户输入与设计条件相对应的输入法参数, 输入参数存储为固定值。如果用户在输入参数后进行模拟, 程序将执行第一步计算。第一步是单相计算, 即在管道破裂后, 由于虹吸效应造成的冷却剂损失的计算。这些变量由理论模型 (如伯努利方程、质量流保存、等) 自动计算, 并从用户输入的参数中进行计算。计算结果按用户指定的时间单位依次存储在计算机存储器中。
如果水位下降低于位置 0, 这意味着单相流动的结束, 因为空气开始冲进 SBL 在这一刻。因此, 单相流动的第一步, 直到水位达到0位。当水位处于0位时, 这意味着低于高度为零。低于高度是 SBL 的入口与虹吸断裂后上部水箱水位的高度差。换言之, 低于高度表明在虹吸破断过程中水位下降的幅度。因此, 低于高度是一个重要的参数, 因为它将允许直接确定的数量的冷却剂损失。因此, 该程序根据低于高度确定第一步计算的结束。
如果低于高度大于零, 程序执行第二步计算, 可以模拟 two-phase 流。由于虹吸破碎阶段存在水和气流, 因此必须考虑两种流体的物理性质。因此, 在这个计算步骤中考虑了 two-phase 乘数、质量和空隙率的值。特别地, 用空分式值作为第二步计算的结束判据。空隙率可表示为空气流量与空气和水流之和的比值。第二步演算继续, 直到空隙分数 (α) 价值是0.9。当α超过 0.9, 第三步演算收益描述稳定状态。从理论上讲, 虹吸断裂的结束判据是α = 1, 因为此时管道中只有空气存在。然而, 在这个程序中, 虹吸断裂的最终标准是α = 0.9, 以避免在计算过程中出现任何错误。因此, 部分损失的结果是不可避免的, 但这个错误可以忽略不计。
稳定状态计算在用户设置的时间内进行。由于没有进一步的变化, 稳态的特点是计算结果值总是恒定的。如果虹吸断裂是成功的, 最后水平的水在上部坦克将保持在一个特定的值, 而不是零。然而, 如果虹吸断裂没有成功地执行, 冷却剂将几乎丢失, 并且水的最后水平接近零价值。因此, 如果水位值等于零, 则表明给定的设计条件不足以完成虹吸破断。
计算后, 用户可以通过各种方式确认结果。结果表明, 虹吸破碎、虹吸破碎、奇异性等情况。该仿真程序能够对这一现象进行真实的预测和分析, 并有助于虹吸式断路器系统的设计。本文介绍了实验方案、实验结果和仿真程序的应用。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absolute pressure transducer</td>
			<td>Sensor Technics</td>
			<td>CTE9000</td>
			<td>0.05% full-scale error</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential pressure transducer</td>
			<td>Setra</td>
			<td>C230</td>
			<td>0.25% full-scale error</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic flow meter</td>
			<td>Tokyo Keiki</td>
			<td>UFP-20</td>
			<td>Resolution 0.01m^3/h</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Visual Studio 2012</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>Windows 8</td>
			<td>Microsoft Foundation Class</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E.R.W. steel pipe</td>
			<td>Hyundai Hysco</td>
			<td>KS D 3507(SPP)</td>
			<td>400A(out dia.) x 7.9mm(thickness)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

study of siphon breaker experiment and simulation for a research reactor

在研究堆的设计条件下, 管道破裂引起的虹吸现象会导致水的持续向外流动。为了防止这种外流, 需要一个控制装置。虹吸式断路器是一种安全装置, 可以有效地控制冷却水的损失。
为了分析虹吸破碎的特点, 进行了实际的实验研究。从实验结果中发现, 影响虹吸破碎现象的设计因素有多种。因此, 在各种设计条件下, 有必要建立一个能够预测和分析虹吸断裂现象的理论模型。利用实验数据, 可以建立一个准确预测虹吸破断现象的进展和结果的理论模型。建立的理论模型以流体力学为基础, 采用奇泽姆模型对 two-phase 流进行分析。从伯努利方程出发, 可以求得或计算 two-phase 流的速度、数量、低于高度、水位、压力、摩擦系数和相关因素。此外, 为了利用本研究所建立的模型, 研制了虹吸式断路器分析与设计方案。仿真程序在理论模型的基础上运行, 并以图的形式返回结果。用户可以通过检查图形的形状来确认虹吸断裂的可能性。此外, 整个仿真结果的保存是可行的, 可以作为分析实际虹吸破碎系统的一种资源。
最后, 使用本研究开发的程序, 用户可以确定虹吸式破碎机的状态, 设计虹吸式破碎机系统。

虹吸破碎的全过程由三阶段组成。第一阶段是由于虹吸效应而流出的冷却剂。第二阶段是通过 SBL 来启动空气流入的过程, 以阻止冷却剂的流失, 称为虹吸破碎。在图 3中, 虹吸断裂现象可以看作是绝对压力的急剧增加。在绝对压力急剧增加后, 由于水位下降而逐渐减少。在虹吸结束时, 由于一些残余水回流到上部水箱, 绝对压力再次增加。如果虹吸破碎...

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Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

对虹吸破断现象进行了实验研究, 并提出了理论模型。建立了基于理论模型的仿真程序, 并与实验结果进行了比较。仿真结果与实验结果吻合较好。

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