Graffigna Palomba, Martín S. (2022) Metodología de cálculo de activación mediante acoplamiento CFD-MonteCarlo / Activation calculation methodology using CDF-MonteCarlo coupling. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El presente proyecto integrador aborda el problema multifásica de cálculo de activación de flujos materiales en geometrías complejas. Resulta de interés conocer el nivel de activación y la composición isotópica en los sistemas de refrigeración de un reactor nuclear, debido a que generalmente, la refrigeración de estos sistemas sucede en recintos alejados de la pileta del reactor, lo que involucra el transporte de material radioactivo a zonas donde operarios realizan sus tareas. Por ende, es imprescindible poder asegurar que la dosis producida por estos isótopos se encuentre dentro de los límites seguros para los trabajadores y consecuentemente, dentro de los límites planteados por la autoridad regulatoria para licenciar la instalación nuclear. Se propone una metodología de fácil aplicación que mejore las estimaciones de activación al combinar el estudio neutrónico con la fluidodinámica. La metodología propuesta se basa en abstraerse de la transmutación de isótopos puntuales en el medio, al aplicar un enfoque prestado de la mecánica del continuo en el cual no existen discontinuidades y debido a la isotropía del flujo, no se considera la difusión por reacciones de retroceso de los radioisótopos en el fluido, por lo que el fenómeno de activación puede modelarse como la producción de un escalar. Teniendo esto en cuenta, se obtuvo un mapeo de las tasas de activación en el espacio de interés utilizando OpenMC, que se trató como el término fuente del balance. Este escalar puede ser transportado por el medio en que se encuentra, tanto por advección como por difusión, mecanismos de transporte que se tuvieron en cuenta bajo consideraciones fluidodinámicas utilizando OpenFOAM. Se utilizaron 2 programas dedicados a las respectivas físicas involucradas, OpenMC (método Monte-Carlo) para la parte neutrónica y OpenFOAM para la parte fluidodinámica. Se aplicó con ´éxito el método propuesto al tanque reflector del reactor OPAL, reactor de investigación diseñado por INVAP S.E., obteniéndose niveles de activación para los isótopos 16"N , 17"N y 3"H significativamente menores al que la metodología conservativa en uso actualmente predice.
Resumen en inglés
In the present Nuclear Engineering Final Project, a new methodology for computing the activation of fluid flows in complex geometries was developed. In particular, the methodology is expected to be relevant in the calculation of the activity at the outlet of the reflector tank in research reactors such as those designed by INVAP S.E. . The proposed methology applies an Eulerian scheme to treat the activation of the fluid as an intrinsic property of the domain, where radioactive isotopes are produced and then transported along the reflector tank by the velocity field present in it as well as by the diffusion taking place in it. To compute the activation rate of heavy water in the tank, the library OpenMC was used which is a stochastic code. OpenFOAM was used as well to compute the transport of these nuclides, which is an open source software for computational fluid dynamics. The methology hereby developed was applied to the OPAL reactor, disigned by INVAP S.E. for ANSTO, acquiring the level of activation for the isotopes 16"N, 17"N and 3"H. The results showed a significant decrease in the predicted levels compared to the ones of the conservative methodology methology used currently by INVAP S.E. .
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Monte Carlo method; Método de Monte Carlo; Heavy water; Agua pesada; Geometry; Geometría; Complexes (mathematical); Complejos (matemáticos), [OpenFOAM; OpenMC; CFD MonteCarlo; Activation calculation; Cálculo de activación] |
| Referencias: | [1] Development of finite volume method for modelling of creep-induced damage in myrrha fuel cladding, Accedido 7 de Junio, 2022. URL https: //www.researchgate.net/figure/Overview-of-OpenFOAM-structure-32_fig2_308113537. x, 34 [2] White, F. M. Fluid mechanics. McGraw Hill, 2011, 2011. 13, 40 [3] openfoam., Accedido 8 de febrero de 2022. URL https://cpp.openfoam.org/v8/.16 [4] Paraview., Accedido 2 de febrero de 2022. URL https://www.paraview.org/. 17 [5] Gatti, F. Análisis de metodologías para generar modelos monte carlo a partir de planos mecánicos, 2022. Instituto Balseiro. Universidad Nacional de Cuyo. 19 [6] Bazzana, I. S. Desarrollo, análisis y evaluáis de experimentos neutrónicos en el ra-6, 2012. Instituto Balseiro. Universidad Nacional de Cuyo. 21 [7] Joaquín, C. C. P. Modelado de activacion en tanque de agua pesada mediante acoplamiento cfd - monte carlo, 2020. Instituto Balseiro. Universidad Nacional de Cuyo. 26, 58, 69 [8] Beliera, J. Diseño conceptual de un reactor de investigación con combustibles de umo monolítico, 2014. Instituto Balseiro. Universidad Nacional de Cuyo. 26 [9] Reactores invap., Accedido 2 de febrero de 2022. URL https://www.invap.com.ar/sitio2020/wp-content/uploads/2021/09/INVAP-nuclear-reactor.pdf.26 [10] Puig, J. C. Openfoam guide for beginners. Universitat Politecnica de Catalunya, 2014. 33 [11] Menter, F. R. Zonal two equation k-w turbulence models for aerodynamic flows. AIAA Paper 93-2906., 1993. 41 [12] Java-based nuclear information software, Accedido 2 de mayo de 2022. URL https://www.oecd-nea.org/janisweb/. 61 [13] Microshield, Accedido 8 |
| Materias: | Ingeniería nuclear > Termohidráulica neutrónica |
| Divisiones: | INVAP > Departamento de Termohidráulica |
| Código ID: | 1088 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 19 Jul 2022 13:58 |
| Última Modificación: | 19 Jul 2022 14:00 |
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