Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / O avanço do crescimento populacional, juntamente com outros fatores socioeconômicos, leva a uma exploração crescente dos recursos energéticos. A energia nuclear é uma boa alternativa, porque é uma forma direta de obtenção de eletricidade em larga escala, gerando baixo impacto ambiental. Atualmente, os reatores avançados estão sendo desenvolvidos, buscando maior segurança, melhor desempenho e menor impacto ambiental. Modelos de reatores devem seguir várias etapas e testes numerosos antes de um projeto concebível poder ser certificado. Nesse sentido, as ferramentas computacionais tornaram-se indispensáveis na elaboração desses projetos. Assim, este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de simulação dinâmica para análise termoidráulica através do acoplamento de dois códigos computacionais para avaliar a influência de transientes causados por variações de pressão e fluxo de massa na região do circuito primário entre o núcleo e o pressurizador. Os resultados mostraram que o instrumento dinâmico, obtido através do acoplamento dos códigos, gerou respostas satisfatórias dentro das limitações do modelo, preservando os fenômenos mais importantes no processo

A pesquisa e o desenvolvimento de sistemas passivos de resfriamento de emergência são necessários para os sistemas termo-nucleares de nova geração. Algumas informações fundamentais sobre a operação desses sistemas requerem a pesquisa de alguns processos relativos à circulação natural, principalmente em condições de escoamento bifásico envolvendo processos de condensação na presença não-condensáveis, pois muitas situações encontradas são novas. A bancada experimental de circulação natural (BCN) foi utilizada para a realização de testes com diversas concentrações de não-condensáveis e níveis de potência. O não-condensável presente no circuito diminui a taxa de transferência de calor para o secundário do trocador de calor, causando baixo desempenho do trocador de calor. A presença de altas concentrações de não-condensáveis no trocador de calor propicia elevadas variações de pressão, decorrentes do processo de condensação abrupto, determinando a inversão da vazão e de fortes vibrações e esforços nas tubulações do circuito. A concentração inicial de não-condensável e a geometria do circuito, na entrada do trocador de calor, determinam o estabelecimento de transitórios com escoamento bifásico. A BCN foi modelada com o código computacional de Análise de Acidentes e Termo-Hidráulica RELAP5/MOD3.3 e, os valores calculados foram comparados com os dados experimentais, apresentando boa concordância para menores concentrações de ar. Os valores calculados para maiores concentrações de não-condensável foram satisfatórios após o circuito ter atingido a temperatura de saturação no aquecedor elétrico. / The research and the development of passive emergency cooling systems are necessary for the new generation of thermo-nuclear systems. Some basic information on the operation of these systems require the research of some relative processes to the natural circulation, mainly in conditions of two-phase flow involving processes of condensation in the presence of non-condensable gases, because many found situations are new. The experimental facility called Bancada de Circulação Natural (BCN) was used for the realization of tests with diverse concentrations of non-condensable and power levels. The non-condensable gas present in the circuit decreases the rate of heat transfer for the secondary of the heat exchanger, determining low efficiency of the heat exchanger. High concentration of non-condensable in the vapor condensation, determines negative pressure, and cause the inversion of the flow in the circuit. The initial concentration of non-condensable and the geometry of the circuit, in the inlet of the heat exchanger, determines the establishment of transitory with two-phase flow. The BCN was performed with the computational code of Analysis of Accidents and Thermal-Hydraulics RELAP5/MOD3.3 and, the calculated values had been compared with the experimental data, presenting good agreement for small non-condensable concentrations. The values calculated for high concentrations of non-condensable had been satisfactory after the circuit to have reached the temperature of saturation in the electric heater.

A pesquisa e o desenvolvimento de sistemas passivos de resfriamento de emergência são necessários para os sistemas termo-nucleares de nova geração. Algumas informações fundamentais sobre a operação desses sistemas requerem a pesquisa de alguns processos relativos à circulação natural, principalmente em condições de escoamento bifásico envolvendo processos de condensação na presença não-condensáveis, pois muitas situações encontradas são novas. A bancada experimental de circulação natural (BCN) foi utilizada para a realização de testes com diversas concentrações de não-condensáveis e níveis de potência. O não-condensável presente no circuito diminui a taxa de transferência de calor para o secundário do trocador de calor, causando baixo desempenho do trocador de calor. A presença de altas concentrações de não-condensáveis no trocador de calor propicia elevadas variações de pressão, decorrentes do processo de condensação abrupto, determinando a inversão da vazão e de fortes vibrações e esforços nas tubulações do circuito. A concentração inicial de não-condensável e a geometria do circuito, na entrada do trocador de calor, determinam o estabelecimento de transitórios com escoamento bifásico. A BCN foi modelada com o código computacional de Análise de Acidentes e Termo-Hidráulica RELAP5/MOD3.3 e, os valores calculados foram comparados com os dados experimentais, apresentando boa concordância para menores concentrações de ar. Os valores calculados para maiores concentrações de não-condensável foram satisfatórios após o circuito ter atingido a temperatura de saturação no aquecedor elétrico. / The research and the development of passive emergency cooling systems are necessary for the new generation of thermo-nuclear systems. Some basic information on the operation of these systems require the research of some relative processes to the natural circulation, mainly in conditions of two-phase flow involving processes of condensation in the presence of non-condensable gases, because many found situations are new. The experimental facility called Bancada de Circulação Natural (BCN) was used for the realization of tests with diverse concentrations of non-condensable and power levels. The non-condensable gas present in the circuit decreases the rate of heat transfer for the secondary of the heat exchanger, determining low efficiency of the heat exchanger. High concentration of non-condensable in the vapor condensation, determines negative pressure, and cause the inversion of the flow in the circuit. The initial concentration of non-condensable and the geometry of the circuit, in the inlet of the heat exchanger, determines the establishment of transitory with two-phase flow. The BCN was performed with the computational code of Analysis of Accidents and Thermal-Hydraulics RELAP5/MOD3.3 and, the calculated values had been compared with the experimental data, presenting good agreement for small non-condensable concentrations. The values calculated for high concentrations of non-condensable had been satisfactory after the circuit to have reached the temperature of saturation in the electric heater.

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais, de um circuito operando em circulação natural, que permitem analisar o comportamento de um sistema de resfriamento de emergência quando é aberta uma linha de desvio entre a fonte quente e a fonte fria. O trabalho tem ainda a importância de documentar os testes de caracterização hidráulica do circuito experimental, fornecendo inclusive os fatores de perda de pressão específicos para o circuito. Observou-se que, para uma mesma potência, quando é aberta a linha de desvio, a temperatura na saída da fonte quente aumenta substancialmente. Esse aumento ocorre porque a vazão através do aquecedor diminui. A vazão através do trocador de calor (fonte fria) aumenta ligeiramente, sendo sempre a soma das vazões na linha de desvio e no aquecedor. O trabalho mostra ainda que a posição de conexão da linha de desvio com a perna quente determina o sentido de escoamento, podendo ocorrer a inversão a partir de uma determinada cota. Para comprovar a possibilidade de simulação precisa dos experimentos foi ainda desenvolvido um modelo numérico das equações de conservação, utilizando o programa “Engineering Equation Solver" (EES). Esse modelo foi utilizado para reproduzir os experimentos de circulação natural pelo circuito externo. / This work presents experimental results of a circuit when operating in natural circulation. These results allow to analyze the behavior of an emergency core cooling system when a bypass line that connects the hot source with the cold source is opened. This work also reports the hydraulic characterization of the experimental loop, given geometric and hydraulic data including experimental friction factors specific to this circuit. It was observed that, to a fixed thermal power, when the bypass line is opened, the heater outlet temperature increases. This temperature increase is due to the decrease in the flow rate through the heater. The heat exchanger's flow rate is subjected to a small increase. This flow rate is the sum of the bypass line and heater mass flow rates. This work also shows that the vertical position of the connection of the bypass line in the hot-leg determines the flow direction in the bypass line. If the bypass line connection is in the lowest position, the flow is from the cold to the hot-leg. If the bypass connection is in the highest position, the flow is from the hot to the cold-leg. A numerical model used to evaluate friction factors and heat transfer coefficients influence was developed. It was used to confirm the possibility of precise experiments simulation. The conservation equations are solved using “Engineering Equation Solver" (EES), a thermal hydraulics analysis tool. The model was adjusted with natural circulation experimental data and was tested with results of natural circulation without bypass lines.

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais, de um circuito operando em circulação natural, que permitem analisar o comportamento de um sistema de resfriamento de emergência quando é aberta uma linha de desvio entre a fonte quente e a fonte fria. O trabalho tem ainda a importância de documentar os testes de caracterização hidráulica do circuito experimental, fornecendo inclusive os fatores de perda de pressão específicos para o circuito. Observou-se que, para uma mesma potência, quando é aberta a linha de desvio, a temperatura na saída da fonte quente aumenta substancialmente. Esse aumento ocorre porque a vazão através do aquecedor diminui. A vazão através do trocador de calor (fonte fria) aumenta ligeiramente, sendo sempre a soma das vazões na linha de desvio e no aquecedor. O trabalho mostra ainda que a posição de conexão da linha de desvio com a perna quente determina o sentido de escoamento, podendo ocorrer a inversão a partir de uma determinada cota. Para comprovar a possibilidade de simulação precisa dos experimentos foi ainda desenvolvido um modelo numérico das equações de conservação, utilizando o programa “Engineering Equation Solver” (EES). Esse modelo foi utilizado para reproduzir os experimentos de circulação natural pelo circuito externo. / This work presents experimental results of a circuit when operating in natural circulation. These results allow to analyze the behavior of an emergency core cooling system when a bypass line that connects the hot source with the cold source is opened. This work also reports the hydraulic characterization of the experimental loop, given geometric and hydraulic data including experimental friction factors specific to this circuit. It was observed that, to a fixed thermal power, when the bypass line is opened, the heater outlet temperature increases. This temperature increase is due to the decrease in the flow rate through the heater. The heat exchanger's flow rate is subjected to a small increase. This flow rate is the sum of the bypass line and heater mass flow rates. This work also shows that the vertical position of the connection of the bypass line in the hot-leg determines the flow direction in the bypass line. If the bypass line connection is in the lowest position, the flow is from the cold to the hot-leg. If the bypass connection is in the highest position, the flow is from the hot to the cold-leg. A numerical model used to evaluate friction factors and heat transfer coefficients influence was developed. It was used to confirm the possibility of precise experiments simulation. The conservation equations are solved using “Engineering Equation Solver” (EES), a thermal hydraulics analysis tool. The model was adjusted with natural circulation experimental data and was tested with results of natural circulation without bypass lines.