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Estabilidad en sistemas termofluidodinámicos y termofluidodinámico-neutrónicos: aplicaciones en reactores nucleares de potencia

Stability in thermofluidodinamical and thermofluid-neutronical systems: applications to power nuclear reactors

 

Director: BONETTO, Fabián José

Correo electrónico: bonetto@cab.cnea.gov.ar

 

Co-Director: SONNAILLON, Maximiliano

 

Integrantes: URTEAGA, Raúl; DELLAVALE, Damián; BELLOTTI, Mariela; BAST, Walter; URDAPILLETA, Eugenio; CASTRO, Alejandro; UZAL, Lucas; RECHINAN, Luzmila; THELER, German; ROSSI POOL, Román; MATEOS, Daniel; ECKARDT, Sebastián

 

Resumen Técnico: Es un resultado conocido el hecho de que existen ciertas condiciones  bajo las cuales un circuito termofluidodinámico presenta un comportamiento inestable de características caóticas. Más aún, teniendo en cuenta el acoplamiento fluidodinámico-térmico-neutrónico que se da en el núcleo de un reactor nuclear como es Atucha II, la ebullición subenfriada provocada por cavitación en nucleación heterogénea y la realimentación de potencia neutrónica por vacío, es posible que lleguen a generarse oscilaciones que crezcan en forma descontrolada y alcancen amplitudes inaceptablemente grandes. En particular, este tema es de vital importancia en geometrías similares a la propuesta en el diseño de la Central Nuclear Atucha II, cuyo licenciamiento depende de la garantía que los diseñadores puedan dar sobre la no existencia de estas inestabilidades. Por otro lado, la solución del problema es altamente dependiente de la cantidad de dimensiones que se utilicen para resolverlo, y la influencia de efectos tridimensionales puede alterar la predicción del flujo de dos fases resultante en el circuito primario del reactor nuclear conceptual Carem 300. Finalmente, resulta interesante estudiar de qué manera influye el efecto de la cavitación heterogénea sobre el rendimiento y la moderación neutrónica en deuterio líquido a 20K en la fuente fría de neutrones del reactor OPAL en Australia, construido por la firma argentina INVAP SE para ANSTO Australia. Queremos entonces estudiar el efecto de la cavitación con nucleación heterogénea sobre la estabilidad de estos tres sistemas de interés. Vamos a proponer modelos teóricos y numéricos que generalicen resultados ya conocidos, soportados por una validación experimental de detalle utilizando electrónica de última generación. Con estos modelos, analizaremos la influencia de los parámetros sobre el comportamiento particular de cada uno de estos sistemas utilizando tanto herramientas matemáticas estándar como técnicas de física estadística. Estudiaremos también estrategias basadas en computación blanda para un eventual control de las inestabilidades. Una vez que hayamos desarrollado tanto en forma experimental como teórica todas las ramas involucradas en el análisis de los sistemas propuestos y realizado el correspondiente acoplamiento entre parámetros, estaremos en condiciones de contestar las siguientes cuestiones: 1) La potencia, condiciones termofluidodinámicas o geometría en las que aparecen por primera vez oscilaciones debido a inestabilidades fluidodinámicas-neutrónicas en Atucha II 2) La potencia a la cual comienzan a observarse oscilaciones en el reactor Carem 300 y en el Carem 25. 3) De qué manera se ve reducido el rendimiento de la fuente fría de neutrones debido a la presencia de cavitación en el moderador de deuterio líquido en el reactor OPAL.

 

Summary: In this proposal we will study the effect of the cavitation on the heterogenous nucleation on the stability of three systems of interest. We will propose theoretical and experimental models to generalize results that are already known concentrating on a experimental validation.