Kullanılmış nükleer yakıt depolama kabının ısıl analizi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nükleer Enerji Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AÇELYA DENİZ GÖKSELKINAV
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ŞULE ERGÜN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, TN-24P tipi kullanılmış nükleer yakıt depolama kabı için, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak ısıl analiz yapılmıştır. Bu analiz için, depolama kaplarının ısıl davranışlarının gerçekçi bir şekilde gösterilmesi amacıyla sonlu hacim çözüm metodu içeren ANSYS Fluent kullanılmıştır. Fluent ile yapılan hesaplamalar durağan ve zamana bağlı (kaza) durumların benzeşimi için yapılmış, durağan durum benzeşiminden elde edilen sonuçlar, TN-24P kabı için yapılan deneysel çalışmanın verileriyle karşılaştırılmıştır. Bu tezde modellenen deneysel çalışma göz önünde bulundurularak, analizler, Basınçlı Su Reaktörleri'nden (PWR) çıkarılan kullanılmış yakıtlar modellenerek yapılmıştır. Modelde, TN-24P kabına yüklenmiş 24 tane PWR kullanılmış yakıt demeti bulunmaktadır. Kullanılmış nükleer yakıt depolama kap tasarımının, standart Westinghouse 15x15 yakıt çubukları tasarımına benzer olduğu kabul edilmiş olup, çubuklar 3x3 demetler haline getirilerek modellenmiştir. Kaptaki toplam ısı üretimi 20,6 kW'tır. Eksenel güç profilini girmek için gerekli olan hesaplanmış ısı akısı değeri, bir Kullanıcı Tanımlı Fonksiyon tanımlanarak üretilmiştir. Tipik TN-24P kuru depolama kabı sistemi içinde iç içe geçmiş iki kap bulunmaktadır. İç ve dış kap arasında hava bulunmaktadır. Hava giriş bölümü, kabın altında; hava çıkışı kabın üstündedir. Bu bölgede, akış türbülanslıdır ve çalışmada türbülansın benzeşimi standart k-ε modeli kullanılarak yapılmıştır. Yakıt depolama alanı (iç kap), kullanılmış nükleer yakıt çubuklarını soğutmak için Helyum gazı ile doludur. Kapta ısı transferi; Helyumdan sepete ısı iletimi ile doğal taşınıma dayalı yer çekimiyle ve karışık geometrideki ısıl radyasyon ile meydana gelmektedir. Bu yakıt depolama alanı bölgesinin benzeşimi için, Boussinesq yaklaşımı ile laminar akış modeli, doğal taşınımı modellemede kullanılmıştır. Isıl radyasyon hesaplaması için, Ayrık Ordinatlar modeli seçilmiştir. Bu çalışmada yapılan analizler, küçük ve tam ölçekli model benzeşimlerini içerir. Küçük ölçekli model benzeşimi, ağ oluşturmayı kolaylaştırmak ve deneysel verileri kullanarak analiz araçlarını doğrulamak için yapılmıştır. Tam ölçekli modellemede, ızgara duyarlılığını belirlemek üzere 2 milyon ve 4 milyon ızgara tanımlanarak hesaplama yapılmıştır. Kuru depolama kabı analizinde kaza olması durumu da modellenmiştir. Bu çalışmada, kabın sıcaklığında artışa neden olan hava tıkanıklığı kazasının benzeşimi yapılmıştır.