Az SCWR-FQT tesztszakasz be- és kilépő részének CFD analízise

Az SCWR-FQT (Supercritical Pressure Water Cooled Reactor-Fuel Qualification Test) projekt egy 2010-ben meghirdetett és elnyert Európai Uniós FP7-es kutatási projekt, amelyben 6 európai partner (köztük a BME NTI) dolgozik együtt. A projekt célja egy tesztkör megtervezése és a tervek korszerű elemző kódokkal való analízise. A tesztkör a Prága melletti Řež -i kutatóintézet (CVR) LVR-15-ös reaktorába kerülne elhelyezésre 2015 után. Az analíziseknek olyan részletességűeknek kell lenniük, hogy a cseh nukleáris hatóságnál történő majdani engedélyeztetési folyamatot is megalapozzák. Maga a teszt kör egy primer körből és egy-egy szekunder és tercier körből valamint kisegítő berendezésekből áll. A primer kör lényegi része, az úgynevezett aktív csatorna az LVR-15-ös reaktor egyik kazettája helyére kerül majd. Az aktív csatorna függőleges orientációjú, cső a csőben elrendezésű elem két-két felfelé és lefelé áramló huzammal. Az utolsó felfelé áramló huzam elején (alul) található a 680 mm magas tesztszakasz, fölötte egy 4,2 m magas ellenáramú hőcserélő (rekuperátor), majd a hűtő fokozat következik az aktív csatornából való kilépés előtt. Az aktív csatornában áramló közeg nyomása 25 MPa, hőmérséklete pedig 280°C-500°C között változik. A tesztszakaszban 4 darab 7 mm belső és 8 mm külső átmérőjű 600 mm aktív hosszú nukleáris üzemanyag fog helyet kapni, amelyeket axiális irányban alul és fölül egy-egy távtartó elem biztosít. Minden egyes pálca köré egy-egy úgynevezett helikális távtartót (wrapped wire spacer) tekernek majd, ami a radiális irányú távtartáson túl kiváló hűtőközeg keveredést okoz a tesztszakaszban. A BME NTI egyik feladata a tesztszakasz be- és kilépő geometriájának optimalizálása annak érdekében, hogy stabil és homogén belépő és megfelelő keveredést mutató kilépő áramképet biztosítsunk a majdani kísérletek során. Numerical analysis on the inlet and outlet sections of fuel bundle of Supercritical Water Reactor – Fuel Qualification Test loop The Supercritical Pressure Water Reactor (SCWR) is one of the six reactor concepts being under investigation in the framework of Generation IV International Forum (GIF). The major challenges in the development of a SCWR are the not fully understood heat transfer phenomenon of supercritical water (SCW) and the development of materials for the fuel and core structures that will be sufficiently corrosion-resistant to withstand nominal supercritical water conditions. In the previous stage, the core, the reactor and plant design concept of the European High Performance Light Water Reactor (HPLWR) have been worked out in substantial detail. As a reasonable continuation, it has been proposed to carry out a fuel qualification test of a small scale fuel assembly in a research reactor under typical prototype conditions. Design and licensing of an experimental facility for the fuel qualification test, including the small scale fuel assembly with four fuel rods, the required coolant loop with supercritical water and safety and auxiliary systems is the scope of the project Supercritical Water Reactor - Fuel Qualification Test (SCWR-FQT). As a sub-task of the SCWR-FQT project, the geometry of inlet and outlet sections of the fuel assembly has to be investigated and (if necessary) optimized according to thermohydraulic considerations such as expected stable and uniform inlet flow pattern and uniform outflow temperature field conditions. To accomplish this task three dimensional CFD analyses has been performed. During the analyses two main problems have been revealed. On one hand, generation of a huge eddy has been discovered in the so-called flow direction changing chamber (upstream to the inlet section) which has to be avoided or at least reduced. On the other hand, low velocity zones have been identified directly downstream to the inlet which could cause cooling shortage at the beginning of heated part of fuel rods. Both problems have been solved by geometrical optimization of the inlet section. The outlet section has been analysed as well and it has been graded suitable as it is. This paper presents the result of the above mentioned CFD analysis.

Csatolt anyag: