06/C241

 

Termohidráulica de combustibles nucleares

Nuclear fuel thermohydraulics

 

Director: DELMASTRO, Darío Fabián

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

 

Integrantes: AZCONA, Maria Alejandra; CONVERTI, José; ECKARDT, Sebastián; GARCÍA, Juan Carlos;  HILAL, Roberto; MASSON, Viviana Patricia; MATEOS, Daniel Eduardo; SILIN, Nicolás

 

Resumen Técnico: En los combustibles nucleares el desempeño térmico-hidráulico es uno de los principales factores que determinan la potencia máxima que se puede producir dentro de los márgenes de seguridad. En este contexto el flujo refrigerante posee características que lo hacen difícil de simular numéricamente así como de difícil generalización mediante el uso de, por ejemplo, correlaciones generales. Por estas razones el estudio en detalle del comportamiento hidráulico y termohidráulico de los combustibles nucleares, tanto en reactores de potencia como en reactores de investigación, lleva aparejado un importante desarrollo experimental. Por otra parte con el aumento de la capacidad computacional de las últimas décadas el uso de códigos de cálculo numérico permite obtener cada vez mejores resultados. Si bien éstos necesitan una validación experimental, permiten comprender en detalle los fenómenos físicos presentes y realizar interpolaciones o extrapolaciones de estudios experimentales. Además existe una realimentación entre lo numérico y lo experimental, por lo que las simulaciones numéricas pueden ser aprovechadas para diseñar en forma más eficiente nuevos experimentos. Se propone entonces realizar una investigación en este tema desde los puntos de vista numérico y experimental. Dentro de los estudios experimentales nos concentraremos en: 1) mezclado entre subcanales de manojos de barras utilizando técnicas térmicas ya desarrolladas en este grupo, 2) el estudio de flujos entre placas paralelas en regímenes de transición y la correspondiente transferencia de calor. En forma adicional a estas tareas también se planea diseñar diferentes experimentos auxiliares para aislar los diferentes fenómenos que intervienen en la transferencia de calor, así como para la puesta a punto de sensores, etc. Respecto de los cálculos numéricos, acompañarán el desarrollo del trabajo experimental, en particular en temas de flujo entre placas planas así como también  se realizarán simulaciones y/o cálculos numéricos en temas relacionados. Estos estudios, además de ser relevantes desde el punto de vista de transferencia, proveen una oportunidad de desarrollo académico para los miembros del laboratorio y resultan temas de investigación atractivos para los estudiantes del Instituto Balseiro.

 

Summary: In nuclear fuels the thermal-hydraulic performance is one of the main factors that determine the maximum power that can be produced within the safety margins. Against this background the cooling flow has characteristics that do it difficult to simulate numerically as well as of difficult generalization by means of the use of, for example, general correlations. For these reasons the study in detail of the hydraulic and thermohydraulic behavior of nuclear fuels, as much in atomic power reactors as in research reactors, has taken an important experimental development. On the other hand with the increase of the computational capacity during the last decades, the use of Computer Fluid Dynamics codes allow to obtain increasingly better results. Although these need an experimental validation, they allow understanding in detail the present physical phenomena and to interpolate or extrapolate results from experimental studies. In addition a retrofeeding between the numerical and the experimental work is very interesting, numerical simulations can be used to design more efficient experiments or measurement methodologies. We set out then to make an investigation in this subject from the numerical and experimental points of view. Within the experimental studies we will concentrate ourselves in: 1) mixing between subchannels of rod bundles using thermal techniques already in use in this group, 2) the study of flows between parallel plates in transition regimes and the corresponding heat transfer. Aditionally to these tasks we also plan to design auxiliary experiments to isolate different phenomena that take part in the heat transference, as well as for the adjustment of sensors, etc. Respect to the numerical calculations, they will accompany the development by the experimental work, particularly in subjects of flow between flat plates as well as numerical simulations and/or calculations of other related subjects. These studies, besides their relevance from the point of view of heat-transfer, provide an opportunity for the academic development of the laboratory members and are attractive subjects of investigation for the students from the Balseiro Institute.