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Rechnerische Analyse für ein Stabbündel des Forschungsreaktors IR-40

M. Nazififard, M. Nematollahi, K. Jafarpur, K.Y. Suh

Der Artikel basiert auf einer Untersuchung der numerischen Erforschung der turbulenten Strömungsdynamik und des konvektiven Wärmeübergangs in Unterkanälen eines kreisrunden Kernbrennstabbündels. Die geometrischen Einzelheiten des Stabbündels und der Wärmefluss aus dem Brennstab ähneln den entsprechenden Werten bei dem im Bau befindlichen 40-MW-Forschungsreaktor (IR-40, Iran). Eine rechnerische Untersuchung der Strömungsdynamik (CFD) wird mit Hilfe von Ansys Fluent 12.1 zur Abschätzung des Strömungsfeldes, des Druckverlusts und der Wärmeübergangskoeffizienten in Abstandshaltergittern und den Strömungsverteilern am Stabbündeleingang durchgeführt. Die Turbulenz wird mit Hilfe des Standardmodells der Renormalisierungsgruppe (RNG) k-ε modelliert. Sie wird numerisch so berechnet, dass das Kühlmittel im Normalbetrieb unterkühlt ist und keine Zweiphasenströmung vorliegt. Die Wärmeübergangskoeffizientenparameter passieren die Abstandshalter und kommen rund 5 hydraulische Durchmesser strömungsabwärts in dieser Untersuchung zur Ruhe. Außerdem wird die Auswirkung der Eintrittskappe auf die thermohydraulischen Eigenschaften untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass der Gitterabstandshalter zusammen mit der Kappe höhere Sekundärströmungen und den Wärmeübergang verstärkende Turbulenzen am Stabbündel zur Folge hat. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eintrittskappe den Wärmeübergang und die turbulente Durchmischung verstärkt. Der durch die Eintrittskappe hervorgerufene Gesamtdruckabfall beträgt für das IR 40 Brennelement 20,5 kPa. Die vorausgesagten Ergebnisse stimmen mit den in der Literatur angeführten Versuchsdaten überein.


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