Zeitschrift für Kernenergiewissenschaft und Energieerzeugungstechnologie

Untersuchung eines neuen Kerndesigns für einen typischen Kernforschungsreaktor zur Verbesserung der Wärmeübertragungsrate

Sagten MA Ibrahim, Hesham F Elbakhshawangy, Mohammed GA Fawaz

Raue Oberflächen wurden als Mittel zur Verbesserung der Wärmeübertragung verwendet, indem der Grad der Turbulenzmischung in der Strömung erhöht wurde. Bei der numerischen Simulation solcher Strömungen. Der Hauptzweck der vorliegenden Arbeit besteht darin, die Produktion von Mo-99 aus einem typischen MTR-Kernforschungsreaktor durch Verbesserung der thermohydraulischen Eigenschaften im Reaktorkern zu steigern. Rippen verbessern bekanntermaßen die Wärmeübertragung zwischen der Energie tragenden Flüssigkeit und den Wärmeübertragungsoberflächen. Es wurde eine numerische Untersuchung des turbulenten Strömungs- und Wärmeübertragungsverhaltens im rechteckigen Kanal mit geneigten gebrochenen Rippen für sechs Arten von Rippenanordnungen durchgeführt. Darüber hinaus wurden auch die Auswirkungen der thermischen Randbedingungen der Rippen und der Behandlungen in Wandnähe untersucht. Alle Berechnungen wurden mit dem kommerziellen CFD- Code (Ansys Workbench 15.0) durchgeführt. Die Berechnungen, die auf der Finite-Volumen-Methode mit dem SIMPLE-Algorithmus basieren, wurden mit Reynolds-Zahlen im Bereich von 8000 bis 160000 durchgeführt. Es wurde das Turbulenzmodell für den Schubspannungstransport (SST) k – ω übernommen. Es wurden Untersuchungen der zweidimensionalen Strömungsstruktur durchgeführt, einschließlich Wirbelstruktur und turbulenter Mischung, die durch die kinetische Energie der Turbulenz gekennzeichnet ist. Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass der Inline-Rippenkanal die Wärmeübertragung im Vergleich zu einem glatten Kanal um etwa 160–230 % verbessert, da im Querschnitt des Kanals mitrotierende Längswirbel erzeugt werden. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen geometrischer Parameter für Rippen auf die Wärmeübertragung, wie Rippenhöhe und Rippenabstand, analysiert. Insgesamt weist die Stagg-Rippenanordnung den besten thermohydraulischen Leistungsfaktor auf. Modifizierte Strömungskanäle verdoppeln die Produktion von Mo-99.