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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847143| Título: | Análise Numérica do Comportamento do Sistema de Resfriamento por Circulação Natural em Plantas Nucleares Embarcadas |
| Autor(es): | Celestino, Pedro Alexandre Pinto |
| Orientador(es): | Rocha, Marcelo da Silva |
| Palavras-chave: | Circulação natural Termo-hidráulica Modelica Simulação numérica Planta Nuclear Embarcada |
| Áreas de conhecimento da DGPM: | Engenharia nuclear |
| Data do documento: | 2024 |
| Editor: | Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) |
| Descrição: | A circulação natural é um método crucial para o resfriamento seguro do núcleo de reatores nucleares, garantindo a remoção eficiente do calor residual sem a necessidade de bombas mecânicas. Este método é particularmente importante em reatores navais embarcados, onde a confiabilidade e a simplicidade operacional são essenciais. A modelagem precisa desses sistemas é fundamental para prever comportamentos térmicos e garantir a segurança e a eficiência do reator sob várias condições operacionais. Esta dissertação investiga a circulação natural em um circuito de circulação natural (CCN), com foco na análise das influências de diferentes inclinações operacionais, comumente empregadas em manobras de submarinos, de 5°, 15° e 30°. Utilizando a Programação Orientada a Objetos (POO) por meio da linguagem Modelica, o estudo visa validar modelos numéricos comparando com os dados experimentais e numéricos obtidos pelo código RELAP5/MOD3.3. Os resultados demonstraram boa concordância do modelo proposto, confirmando a precisão e a robustez da linguagem Modelica para simulações de sistemas de circulação natural. Este estudo, portanto, reforça a confiança na utilização da POO para a modelagem e simulação de circuitos de resfriamento em reatores nucleares. As observações revelaram que para pequenas inclinações (±5° e ±15°) os impactos no comportamento do sistema são mínimos, seja na variação da vazão ou na estabilidade do sistema. Em contrapartida, inclinações mais acentuadas (±30°) resultam em variações significativas, elevando a temperatura do fluido devido à redução da vazão e prolongando o aparecimento das instabilidades ao longo de toda a simulação. Esses resultados são consistentes com estudos anteriores encontrados na literatura, que também observaram que a inclinação altera a força motriz da circulação natural e pode causar instabilidades devido à quebra da simetria termo-hidráulica. Em resumo, este trabalho não apenas valida a linguagem Modelica para a simulação de sistemas de circulação natural, mas também fornece valiosas conclusões sobre o comportamento desses sistemas sob diferentes inclinações operacionais. Esses achados são fundamentais para o projeto e operação segura de reatores nucleares embarcados em navios e submarinos, contribuindo para a melhoria contínua da tecnologia de resfriamento nuclear. |
| Abstract: | Natural circulation is a crucial method for the safe cooling of nuclear reactor cores, ensuring efficient removal of residual heat without the need for mechanical pumps. This method is particularly important in naval reactors, where reliability and operational simplicity are essential. Accurate modeling of these systems is fundamental for predicting thermal behaviors and ensuring the safety and efficiency of the reactor under various operational conditions. This dissertation investigates natural circulation in a natural circulation circuit (CCN), with a focus on analyzing the influences of different operational inclinations, commonly employed in submarine maneuvers, specifically 5°, 15°, and 30°. Utilizing Object-Oriented Programming (OOP) through the Modelica language, the study aims to validate numerical models by comparing them with experimental and numerical data obtained using the RELAP5/MOD3.3 code. The results showed good agreement with the proposed model, confirming the precision and robustness of the Modelica language for simulating natural circulation systems. This study, therefore, reinforces confidence in using OOP for modeling and simulating cooling circuits in nuclear reactors. The observations revealed that for small inclinations (±5° and ±15°), the impacts on the system's behavior are minimal, both in terms of flow variation and system stability. In contrast, more pronounced inclinations (±30°) result in significant variations, increasing the fluid temperature due to reduced flow and prolonging the appearance of instabilities throughout the simulation. These results are consistent with previous studies found in the literature, which also observed that inclination alters the driving force of natural circulation and can cause instabilities due to the breakdown of thermo-hydraulic symmetry. In summary, this work not only validates the Modelica language for simulating natural circulation systems but also provides valuable conclusions into the behavior of these systems under different operational inclinations. These findings are fundamental for the design and safe operation of nuclear reactors aboard ships and submarines, contributing to the continuous improvement of nuclear cooling technology. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847143 |
| Tipo: | Dissertação |
| Aparece nas coleções: | Engenharia Naval: Coleção de Dissertações |
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