CFD výpočtový model bazénu pro skladování použitého paliva na JE Temelín a jeho validace

Transkript

1 CFD výpočtový model bazénu pro skladování použitého paliva na JE Temelín a jeho validace Ondřej Burian Pavel Zácha Václav Železný ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav energetiky NUSIM 2013

2 Co je to CFD? CFD Computational Fluid Fynamics Odvětví mechaniky tekutin, které využívá numerického řešení a matematických algoritmů k výpočtu složitých úloh proudění, přenosu tepla a hmoty Použití: jaderná energetika, chemické inženýrství, letectví, automobilový průmysl, sport

3 Úvod TES s.r.o CFD výpočtový model bazénu skladování vyhořelého paliva (BSVP) na JE Temelín Analýzy rozložení teploty v bazénu skladování vyhořelého paliva v normálních a abnormálních provozních stavech Léto 2011 měření vertikálních teplotních profilů během odstávky 1.bloku JE Temelín Jaro 2012 validace CFD modelu na základě naměřených dat na FS ČVUT Podzim/zima 2012 tvorba nového podrobnějšího modelu a jeho validace

4 Popis bazénu skladování vyhořelého paliva a poloha míst měření vertikálních teplotních profilů Celkový objem 1050 m 3 (14,5 m x 6 m 15,5 m) Skladování použitého paliva v kompaktních skladovacích mřížích Rozdělení na tři sekce B01, B02, B03

5 Popis CFD modelu bazénu skladování vyhořelého paliva Počet buněk omezen na 1 milion výpočtovéčasy Velké objemy buněk průměrná délka hrany řádově 100 mm Použití převážně strukturované sítě Sdílení tepla stěnami zanedbáno adiabatická stěna Sdílení tepla hladinou uvažováno 0,9 kw.m -2 V horníčásti byla nastavena oblast s laminárním prouděním

6 Popis CFD modelu bazénu skladování vyhořelého paliva Značné zjednodušení modelu oproti předloze Skladovací mříže modelovány porézní zónou

7 Validační výpočet CFD modelu skladování vyhořelého paliva Problém s divergencí výpočtu Velký objem buněk modelu Velmi malé rychlosti proudění Řešení Výpočet po etapách s různým nastavením řešiče, v horníčásti modelu nastaveno laminární proudění Segregovaný šešič ( pressure based ) - předvýpočet Implicitní šešič ( density based ) finální výpočet

8 Validační výpočet CFD modelu skladování vyhořelého paliva Finální strategie výpočtu iterační interval přesnost výpočtu řešič turbulencí Courantovo číslo normální pressure based double precision pressure based double precision density based 0, double precision density based t [ C] iterace [-] Výpočet byl proveden na 8 čtyřjádrových procesorech AMD Opteron 8354, 2,2GHz. Délka výpočtu 1040 hodin strojového času.

9 Výsledky validačního výpočtu CFD modelu BSVP Rozložení teploty ve vertikálním řezu BSVP rovina v1c

10 Výsledky validačního výpočtu CFD modelu BSVP t [ C] h [m] B01 B02 B03 Průběhy teploty ve středech jednotlivých sekcích po výšce

11 Porovnání vypočítaných a naměřených hodnot t [ C] h [m] mm5' - ANSYS Fluent mm5' - naměřeno Vypočítané a naměřené vertikální teplotní profily v měřícím místě MM 5

12 Analýza rozložení teploty v rohových výřezech okolí měřících míst t [ C] h [m] mm5 mm5 xs mm5 x mm5 - naměřeno Vypočítané a naměřené vertikální teplotní profily v měřícím místě MM 5

13 Závěr Poznatky o přesnosti CFD modelu BSVP na základě validace jsou shrnuty do následující bodů V oblasti výřezů ve skladovacích mřížích je výpočtový model popsán nedostatečně V oblasti skladovacích mříží lze předpokládat dobrou shodu modelu a reálného zařízení V oblasti nad skladovacími mřížemi byly prokázána dobrá shoda modelu a reálného zařízení Pro zlepšení přesnosti CFD modelu BSVP byla stanovena následující doporučení Lepší nastavení sdílení tepla mezi výřezy a skladovací mříží Zjemnění sítě v oblasti výřezů Nalezení a aplikace modelu turbulencí, který by lépe postihoval dané podmínky proudění

14 Závěr Na základě předchozích zjištění byl vytvořen modifikovaný model: Přepracovaná struktura sítě v oblasti výřezů Zcela přepracovaná sekce B01 modelování skladovací mříže po jednotlivých palivových souborech Vymodelovaná mezera mezi skladovací mříží a stěnou bazénu Modifikovaný model vykazoval po odladění mnohem lepší shodu s naměřenými hodnotami něž původní model Děkuji za pozornost