مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

ارزیابی پارامترهای جریان دوفازی و عملکرد جداساز افقی بخار در نیروگاه‌های هسته‌ای به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیرحسین وثوقی 1
رضا صابری 2
کامران سپانلو 2

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، صندوق پستی: 84334-72964، شیراز- ایران

2 پژهشکده رآکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران - ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2022.1385
چکیده
در این تحقیق، به‌کارگیری فرایند متداول جداسازی رطوبت توسط جداساز افقی بخار، در نیروگاه­‌های رایج سیکل بخار، برای نیروگاه‌­های هسته‌­ای پیشنهاد و به کمک CFD، جریان دوفازی در این فرایند، شبیه‌­سازی شده است. نتایج نشان می‌­دهد که با افزایش بارگذاری نیروگاه، افت فشار جداساز افزایش یافته، به‌طوری‌که رابطه خطی بین افت فشار و چگالی انرژی جنبشی جریان ورودی برقرار است. هم‌چنین بررسی تأثیر تغییرات ابعاد جداساز، نسبت به طراحی پایه آن بر افت فشار و بازدهی جداساز، نشان داد که با افزایش عرض ورودی، افت فشار کاهش و بازدهی جداساز افزایش می‌یابد. هرچند افزایش بی‌­رویه عرض ورودی به کاهش دبی در خروجی‌­های جانبی منجر می­‌گردد. مطالعه تغییر قطر خروجی جانبی، حاکی از آن است که تغییر پارامتر یاد شده تأثیر چندانی بر افت فشار و بازدهی ندارد؛ اما افزایش آن کسر جرمی بخار در خروجی جانبی را افزایش می‌­دهد. براساس ارزیابی صورت گرفته، جداساز افقی بخار، با بازدهی و افت فشاری مطلوب، می­‌تواند گزینه مناسبی جهت به‌کارگیری در نیروگاه‌­های هسته‌­ای کوچک و پیشران­ه‌ای هسته‌­ای باشد. برای راستی‌آزمایی، جریان دوفازی یک جداساز قائم آنالیز شد که نتایج توافق خوبی با داده­‌های تجربی دارند.

کلیدواژه‌ها

جداساز بخار
افت فشار
بازدهی
کسر جرم بخار
مولد بخار

عنوان مقاله English

Assessment of Horizontal Steam Separator Two Phase Flow arameters and Performance in NPPs with Utilization of Computational Fluid Dynamic

نویسندگان English

A.H. Vosoughi 1
R. Saberi 2
K. Sepanloo 2
1 School of Mechanical Engineering, Shiraz University, P.O.BOX: 72964-84334, Shiraz, Iran
2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14155-1339, Tehran – Iran
چکیده English

In this research, utilization of typical moisture separation process in conventional steam cycle power plants, for NPPs are recommended; and by applying CFD, two-phase flow of this process is simulated. Results show that with increasing of loading, the pressure drop across the separator increases, and a linear relationship between pressure drop and inlet flow kinetic energy density is established. Also, with increasing inlet width, pressure drop decreases and the efficiency increases. However, excessive increasing of input width leads to a decrease in mass flow at lateral outputs. Study on the variation of lateral outlet diameter show that variation of mentioned parameter does not affect pressure drop and efficiency significantly, but reducing of that lead to increasing lateral out let steam mass fraction. Based on the performed assessment, horizontal steam separator as a component with desirable efficiency and pressure drop, can be recognized as a suitable option for utilization in small and low power NPPs as well as propulsion systems. For validation, an analysis of two phase flow in a vertical cylinder cyclone is performed and results show good agreement with experimental data.

کلیدواژه‌ها English

Steam separator
Pressure drop
Efficiency
Steam mass fraction
Steam generator
1. G. Mauro, M. Sala, G. Hetsroni, Improved Italian Moisture Separator (IIMS), Nuc. Eng. & Desi., 118, 179 (1990).
 
2. J. Riznic, Steam Generator for Nuclear Power Plants, 1st ed. (Elsevier, 2017).
 
3. A. Safavi, et al, The Model of Boiling Water Flow in the VVER-1000 Steam Generator, J. of Nuclea Sci. and Tech. 65, 101 (2013) (in Persian).
 
4. V.I. Gorburov, A.Yu. Petrov, I.S. Suslov, Gravitational Separation in Horizontal PGV-1000 Steam Generators in Nuclear Power Plants with VVER Reactors, Atom. Ener., 98, 406 (2005).
 
5. J. Barbaud, et al, WWER-1000 Steam Generator Integrity, IAEA-EBP-WWER-07. (IAEA, Vienna, 1997).
 
6. M. Egorov, et al, Russian and Foreign Steam Generators for NPP Power Units with Wet Steam Turbines, E3S W. of Con.178, 01007 (2020).
 
7. M.J. Banic, et al, Assessment and Management of Ageing of Major Nuclear Power Plant Components Important to Safety: Steam Generators, IAEA-TECDOC-982. (IAEA, Vienna, 1997).
 
8. R. Rosner, S. Goldberg, J.S. Hezir, Small Modular Reactors- Key to Future Nuclear Power Generation in the U.S. (The university of Chicago & Energy policy institute at Chicago, funded by U.S.DOE, Chicago, 2011).
 
9. M.M. El-Wakil, Nuclear Energy Conversion, (In text Educational Publishers, Wisconsin, 1971).
 
10. D.J. Stelliga, J.M. Dyke, Nuclear Heated Steam Generators, Bobcock & Wilcox Canada LTD. Presentation for Canadian electrical association. (Ontario, 1970), https://canteach.candu.org.
 
11. W. Davis, Steam generators: Design and Detail, (2012).http://atomicpowerr.blogspot.com/2012/03/steam-generators-design-and-details.html?m=1.
 
12. Farchi, M.S. thesis, A Study of Mixers and Separators for Two Phase Flow in M.H.D. Energy Conversion System, Ben-Gurion University, (1990).
 
13. Z. Tian, L. Yang, Numerical Investigation on a New Type of Two-Stage Steam Separator in Pressurized Water Reactors, Ener. Proce., 142, 3962 (2017).
 
14. L. Liu, et al, Experimental Study on The Separation Performance of A Full-Scale SG Steam-Water Separator, Ann. Nuc. Ene., 141 (2020).
 
15. MAPNA Boiler Co. technical Spec., Steam Drum Internals, document no: vp-1516-121-b101-004.
 
16. M. Ghiaasiaan, Two- Phase Flow, Boiling and Condensation, (Cambridge university press, Edinburgh building, Cambridge, 2008).
 
17. Fluent 6.3 User's Guide, (Fluent Inc. 2006).
 
18. F.M. Erdal, S.A. Shirazi, O. Shoham, In: SPE Annual Technical Conference; CFD simulation of Single-Phase and two-phase flow in gas-liquid cylindrical cyclone separators, (SPE, Denver, USA, 1997).

صفحه اصلی