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: 223
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
- Experimental and numerical investigation of spouted bed solar receivers
Taşkın yataklı güneş alıcılarının deneysel ve sayısal incelenmesi
ARİF EREN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- Yenilikçi soğutma kulesi tasarımına yönelik hesaplamalı akışkanlar dinamiği çalışmaları
Computational fluid dynamics studies for innovative cooling tower design
BİLAL BURAK DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU
- 2 zamanlı 2,5 Hp gücünde patlar motorlu gözlem mini-İHA tasarımı ve seyir uçuşu eniyileştirmesi
2 stroke 2.5 Hp glow engine powered reconnaissance UAV (Unmanned Aerial Vehicle) design and cruise flight optimization
MUSTAFA SERDAR TEKÇE
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Havacılık MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
YRD. DOÇ. DR. ÖNDER ALTUNTAŞ
- Development of a design method for subsonic intakes with improved aerodynamic performance and reduced radar signature
İyileştirilmiş aerodinamik performansa ve azaltılmış radar izine sahip ses altı hava alıkları için tasarım yöntemi geliştirilmesi
TEZCAN ÜNLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN EYİ
- Development of a gas turbine performance software including sub-idle region and starting process
Rölanti altı bölgesini ve başlatma safhasını kapsayan bir gaz türbini performans yazılımının geliştirilmesi
BURAK ORHAN GÜNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR EKİCİ