Modelagem numérica com validacao experimental de escoamento através do bocal inferior de um elemento combustível nuclear

AUTOR(ES)

Andre Augusto Campagnole dos Santos

DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

O programa comercial de CFD, o ANSYS CFX 10.0, foi utilizado para definir um procedimento numerico com a finalidade de avaliar a perda de carga em escoamento permanente, incompressivel e adiabatico atraves do Bocal inferior Padrao (BP) do elemento combustivel de um reator nuclear. Os resultados numericos foram comparados a resultados experimentais de perda de carga obtidos no Circuito Hidrodinamico do Reator (CHR) do Centro Tecnologico da Marinha (CTMSP). Inicialmente foram realizados estudos em placas perfuradas, geometria predominante no BP, aplicando-se simetria de 1/8 para determinar parametros otimos de malha e o modelo de turbulencia mais adequado. Os modelos de turbulencia RANS de duas equacoes k-Ã, k-Ö e SST foram avaliados. A influencia dos chanfros nos orificios da placa perfurada do BP, de uma folga entre o BP e o canal de escoamento presente nos experimentos, e da geometria que antecede a secao de testes tambem foram avaliadas. As simulacoes confirmaram que a presenca dos chanfros provoca uma grande reducao da perda de carga (~40%) e do comprimento de recuperacao da pressao na placa perfurada. A folga provoca uma reducao de ~5% na perda de carga devido ao escoamento proximo da parede e ao aumento da secao transversal do canal. O aumento de malha impediu, devido a limitacoes computacionais, que a folga fosse simulada no BP, mas uma compensacao na vazao devido ao aumento da secao transversal foi aplicada. Foi constatado que a geometria que antecede a secao de testes promove uma nao uniformidade nos perfis de velocidade e de turbulencia que acarretam em reducao de ~ 4% na perda de carga atraves da placa perfurada. A presenca desta geometria foi omitida no modelo final da simulacao do BP por impossibilitar que a simetria de 1/8 fosse aplicada, o que impediria a simulacao. O BP foi entao simulado em simetria de 1/8 com os modelos de turbulencia k-Ã e SST para todas as condicoes experimentais, com perfis uniforme de velocidade e turbulencia na entrada do canal. Os resultados de perda de carga obtidos com o modelo SST e k-Ã foram em media ~19% e ~10% maiores, respectivamente, do que os obtidos experimentalmente. As discrepancias observadas podem ser associadas principalmente as simplificacoes, realizadas devido a limitacoes computacionais, que mostraram uma tendencia de reducao na perda de carga calculada. Este trabalho devera subsidiar o desenvolvimento de um elemento combustivel nuclear avancado em curso na INB.

ASSUNTO(S)

engenharia mecânica teses.

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