آناليز ترمومكانيكي فنر پلنيوم در ميله سوخت راكتور هسته اي بوشهر (TVS-2M) در شرايط عملكرد عادي قلب

كارشناسي ارشد

هنگام ساخت ميله‌هاي سوخت، جابجايي و حمل‌و‌نقل آن و بارگذاري قرص هاي سوخت، به صورت افقي صورت مي‌پذيرد. در صورت مهار نشدن قرص‌هاي سوخت، اين احتمال وجود دارد كه بين آنها فاصله ايجاد شود. هنگام نصب ميله سوخت فشار داخل ميله‌ي سوخت در حدود 2MPa مي‌باشد و در صورت فاصله افتادن بين قرص‌‌ها، در اين گپ قرار گرفته و ديگر اجازه بازگشت قرص‌ها به جاي خود نمي‌دهد. اين امر موجب انحراف قرص‌ سوخت و چسبيدن به ديواره غلاف شده و از قرص‌هاي سوخت مجاور فاصله مي‌گيرد. در چنين حالتي از آنجايي كه فشار درون راكتور در حدود 15MPa مي باشد، غلاف سوخت به فشار راكتور واكنش داده و موجب مي‌شود قطر غلاف در ناحيه جداشدگي كاهش يابد. نامنظم بودن ستون قرص‌ها بعد از نصب قابل اصلاح نيست و پيامد ها و آثار منفي به بار مي‌آورد. براي حل اين مشكلات و متراكم نگه داشتن ستون قرص‌هاي سوخت رايج است كه از فنري در فضاي پلنيوم استفاده شود تا نيرويي محوري به قرص‌هاي سوخت وارد كند و از جابجا شدن قرص‌هاي سوخت در طول بارگذاري، نگهداري و حمل و نقل جلوگيري كند. به همين دليل آناليز و بررسي فنر پلنيوم اهميت ويژه‌اي براي كاركرد راكتورهاي هسته اي دارد. در اين پايانامه، براي آناليز ترمومكانيكي فنر پلنيوم از نرم افزار هاي FRAPCON و COMSOL استفاده مي‌شود. نرم افزار FRAPCON يك كد آناليز ترمومكانيكي ميله سوخت است و مشخصاتي مثل انبساط حرارتي قرص و غلاف سوخت، دماي قرص، غلاف، سيال، پلنيوم و ديگر اطلاعات داده مي‌شود، اما مشخصا اثر و داده اي راجع‌به فنر پلنيوم داده نمي‌شود. در ابتدا با استفاده از داده هاي نوترونيك كه از كارفرما گرفته شده است كد FRAPCON نوشته شد و از نتايج آن به عنوان ورودي در نرم افزار COMSOL استفاده گرديد. در اين پروژه، گراديان دمايي فنر و به طبع تغييرات ثابت فنر و نيروهاي اعمالي فنر، در طول زمان، در حالت كاركرد عادي قلب راكتور ناشي از تنش هاي دمايي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. براي اين منظور پس از نوشتن كد FRAPCON و گرفتن خروجي ها، شبيه سازي در نرم افزار COMSOL با دو حالت دو بعدي و سه بعدي دنبال شد. در مدل دو بعدي ما توزيع توان محوري سوخت را در بازه هاي زماني مختلف به صورت يك منبع گرمايي در نظر گرفتيم و شرايط مرزي مثل سرعت سيال پايين پلنيوم براي مدل سه بعدي بدست آورده شد. در حالت سه بعدي، فضاي پلنيوم، فنر و سيال عبوري از اطراف آن، با اعمال شرايط مرزي گرفته شده در مدل دو بعدي و شرايط مرزي گرفته شده از FRAPCON مدلسازي شد. در اين قسمت براي هر بازه زماني، مدل شبيه سازي شده و گراديان دمايي فنر و پس از آن ميزان تغيير طول فنر ناشي از اثرات دمايي بدست آورده شد. در قدم بعد تغيير طول كلي فنر، نيروي وارد به فنر و تغييرات ثابت فنر با لحاظ كردن انبساط محوري قرص‌هاي سوخت، غلاف و فنر در طول زمان در حالت كاركرد عادي قلب راكتور بدست آورده شد.

229655

دانشگاه اصفهان

مهندسي هسته اي- مهندسي راكتور

غلامرضا انصاري فر