شبیه سازی ترموهیدرولیکی جریان سیال و انتقال حرارت اطراف دسته میله های سوخت راکتور آبی تحت فشار (pwr) و بررسی اثر شبکه های نگه دارنده ی دسته میله ی سوخت

در فرایند تحلیل و طراحی راکتورهای هسته ای علاوه بر آنالیز نوترونیک نیاز به بررسی و آنالیز پارامترهای ترموهیدرولیکی نیز وجود دارد تا بتوان از نتایج این بررسی ها در طراحی سیستم های مدار اول و دوم استفاده کرد. قلب راکتورهای هسته ای، حرارتی را تولید می کند که ناشی از شکافت هسته ای داخل میله های سوخت می باشد. سیال خنک کننده با عبور از بین میله های سوخت، این حرارت را به خارج از قلب راکتور منتقل می کند. دسته میله های موجود در راکتورهای آبی تحت فشار علاوه بر این، شامل شبکه های نگهدارنده ای هستند که با ایجاد فاصله ی مناسب بین میله های سوخت آرایش لازم را برای دسته میله ها فراهم کرده و از ارتعاش میله های سوخت درون قلب راکتور در شرایط کاری جلوگیری می کنند. شبکه های نگه دارنده بر روی توزیع جریان سیال خنک کننده اثر گذاشته و باعث ایجاد اغتشاش می شوند. علاوه بر این به دلیل آرایش منظمی که برای قرارگیری میله های سوخت ایجاد می کنند کانالی را جهت عبور سیال خنک کننده از بین میله ها فراهم می نمایند. شبکه های نگه دارنده با قرار گرفتن در بین دسته میله های سوخت باعث کاهش سطح مقطع عبور جریان سیال شده و از اینرو باعث افزایش سرعت سیال در ورودی شبکه های نگه دارنده می شود. در این مطالعه ابتدا دسته میله ی سوختی برگرفته از ابعاد اصلی راکتور vver-440 شبیه سازی شده و پارامترهای ترموهیدرولیکی همانند ضریب انتقال حرارت، افت فشار و دمای میله ی سوخت مورد محاسبه قرار گرفت. سپس با شبیه سازی چهار شبکه ی نگه دارنده بر روی دسته میله ی سوخت، تاثیر این شبکه ها و همچنین افزایش عدد بی بعد رینولدز را در پارامترهای ترموهیدرولیکی همچون افت فشار سیال خنک کننده و ضریب انتقال حرارت میله ی سوخت تحت بررسی قرار گرفت. در مرحله ی بعد با شبیه سازی پره های مغشوش کننده ی جریان بر روی شبکه های نگه دارنده به ارزیابی اثرات آن ها در همان پارامترهای ترموهیدرولیکی پرداخته شد. نتایج نشان داد که در حالتی که از شبکه های نگه دارنده در طول دسته میله ی سوخت استفاده شد؛ ضریب انتقال حرارت در طول کانال نسبت به حالت بدون شبکه ی نگه دارنده افزایش یافت. البته با وجود این شبکه ها افت فشار نیز افزایش یافت. اما در حالتی که از پره های مغشوش کننده استفاده گردید به علت مسدود شدن سطح مقطع بیشتری از کانال و ایجاد جریان برگشتی ضریب انتقال حرارت کاهش یافت که البته افت فشار دچار افزایش چشمگیری شد. به همین خاطر است که در راکتورهای vver از پره های مغشوش کننده استفاده نمی شود.