Computational fluid dynamics studies for a spouted bed nuclear fuel coater
Taşkın yatak nükleer yakıt kaplayıcı için hesaplamalı akışkanlar dinamiği çalışmaları
- Tez No: 305891
- Danışmanlar: PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek sıcaklıklı reaktörlerin güvenliğinin temeli yakıt karakteristiğine dayandırılabilir. Yakıtın temel kısmı olan TRISO yakıt çekirdeği yüksek sıcaklıkta, konik silindirik taşkın yataklarda kimyasal buhar depolama yöntemi ile kaplanarak üretilir. Taşkın yataklarda katı parçacıkların akış düzeni ve konsantrasyonunun ayrıca geometrik parametrelerin akış hidrodinamiği üzerindeki etkilerinin bilinmesi, bu ekipmanın tasarımı için çok önemlidir. Hesaplamalı akış dinamiği simülasyonları konik silindirik taşkın yatakların tasarımı ve geliştirilmesi amacıyla kullanılabilen araçlardır.Bu çalışmada, ilk olarak nükleer yakıt kaplaması, akışkanlaşma ve çok fazlı akış modellemesi konularına değinilmiştir. Daha sonra, yüksek yoğunluklu (6050 kg/m3) ve düşük yoğunluklu (2500 kg/m3) parçacıklar içeren iki farklı deney düzeneği için Euler-Euler yaklaşımı kullanılarak konik silindirik taşkın yatakların akış dinamiğini incelemek ve simülasyon parametrelerinin parçacık hızı ve konsantrasyonu ile yatak basınç düşümü üzerindeki etkilerini belirlemek için hesaplamalı akış dinamiği simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, ağır parçacıklar içeren konik silindirik taşkın yataklarda konik açı, parçacık boyutu ve yatak yüksekliği gibi geometrik ve çalışma faktörlerinin akış hidrodinamiği üzerindeki etkileri araştırılmıştır.Çalışma sonucunda Euler-Euler yaklaşımının hem ağır hem hafif parçacıklarla yüklü konik silindirik yataklarda gerçekleşen karmaşık akışı modellemede yeterli olduğu sonucuna varılmıştır.Çalışma sonucunda ayrıca maksimum sürükleme katsayısı değeri dolayısıyla sürükleme modelinin ve sıkıştırma limitinin akış hidrodinamiği üzerinde birinci derece etkisi olduğu görülmüştür. Yanlış kullanıldıklarında her ikisi de gerçek dışı simülasyon sonuçlarına neden olabilmektedir. Restitüsyon katsayısı ve katı sürtünme gerilmesinin simülasyonlara eklenmesi gibi diğer parametrelerin simülasyonlar üzerinde ikinci derecede etkili olduğu gözlenmiştir. Uygun kullanılmadıkları durumlarda sonuçlarda sapmaya neden olabilmektedirler. Ancak sistemin fiziğini değiştirmemektedirler.Yatak yüksekliliğinin arttırılması ile taşkın ve halka bölgelerinde parçacık hızı artmakta, parçacık konsantrasyonu azalmaktadır. Yatak basınç düşümünün de yatak yüksekliğinin arttırılması ile arttığı bulunmuştur. Parçacık boyutunun arttırılması ile parçacık hızının taşkın ve halka bölgelerinde azaldığı diğer taraftan parçacık konsantrasyonunun arttığı fakat yatak basınç düşümünün azaldığı gözlenmiştir. Konik açının arttırılması ile taşkın ve halka bölgelerinde parçacık hızının arttığı, parçacık konsantrasyonunun ve yatak basınç düşümünüm azaldığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
The inherent safety features of high temperature reactors may be attributed to their fuel characteristics. TRISO coated particles, the essential part of the fuel, are produced by coating fuel kernels using chemical vapor deposition technique in conical cylindrical spouted bed coating reactors operated at high temperatures. The knowledge about flow patterns and concentration distributions in spouted beds as well as the effect of geometric parameters on hydrodynamics of spouted beds is of great interest for the design of such equipment. Computational fluid dynamics simulations can be instrumental for design as well as possible improvements.In this study, basics of nuclear fuel coating, fluidization, and multiphase flow modeling are discussed. Then, computational fluid dynamics simulations of two existing experimental studies containing high density (6050 kg/m3) and low density (2500 kg/m3) particles are performed using Eulerian-Eulerian approach to investigate hydrodynamics of conical cylindrical spouted beds and to understand the effects of simulation parameters on particle velocity and voidage distributions as well as bed pressure drop. Furthermore, effects of geometric and operation factors such as conic angle, particle size, and static bed height on hydrodynamics of heavy particle filled conical cylindrical spouted beds are investigated.It was found that magnitude of drag coefficient therefore drag model and maximum packing limit have vital importance for computational fluid dynamics simulations of conical cylindrical spouted beds. Both can cause unrealistic simulation results when used inappropriately. Other parameters such as restitution coefficient and inclusion of frictional stress into simulations have secondary effect on simulations. If they are not properly assigned, they may cause discrepancies between the simulation and experimental results but they do not change the gas-solid flow characteristics of the system.It was also found that as static bed height increases, particle velocity and voidage in spout and annulus regions increase as well as bed pressure drop. As particle size increases, particle velocity and voidage decrease in spout and annulus regions similar to bed pressure drop. As conic angle increases, particle velocity and voidage increase in spout and annulus regions but bed pressure drop decreases.Overall, it was concluded that Eulerian-Eulerian approach is capable of simulating complex flow patterns observed in conical cylindrical spouted beds with both high and low density particles. Therefore, it can be used in the design of CVD fuel coaters.
Benzer Tezler
- New algorithms and techniques for microprocessor-controlled PWM induction drives
Başlık çevirisi yok
OSMAN KÜKRER
Doktora
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. BÜLENT ERTAN
- Dört zamanlı türbaşarj direk püskürtmeli bir dizel motorunun bilgisayar ile sümülasyonu
Computer aided simulation of a fourstroke turbocharged direct-anjection diesel engine
MUSTAFA BALCI
- Lityum ve üç elektronlu atom iyonlarının fermi değme terimlerinin hesaplanması
Başlık çevirisi yok
YILMAZ DAĞDEMİR
Doktora
Türkçe
1986
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATİLLA ÖZMEN
- Finite element analysis of saltwater intrusion in coastal aquifers
Başlık çevirisi yok
SALAH ALİ SADEG
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. NURKAN KARAHANOĞLU
- Merkezsel ve dışmerkezsel çapraz elemanlı çerçeve yapıların statik ve deprem yüküne göre optimum tasarımı
Optimum desing of concentrically and eccentrically braced frames under static and earthquake loading
F.GÜLTEN GÜLAY