Abdou Mohamed, Hesham Nagah (2005) Efecto de la condensación en la estabilidad de un flujo bifásico / The Condensation effect on the two-phase flow stability. Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Se ha desarrollado un modelo analítico unidimensional para el análisis lineal de oscilaciones de onda de densidad en un canal de ebullición y un lazo de circulación natural. Las secciones del calefactor y de la chimenea se dividieron en una región de una fase y otra región de dos fases. La región de dos fases fue representada por el modelo drift-flux. El modelo tiene en cuenta el deslizamiento entre fases y ebullición sub-enfriada. La fricción localizada a la salida del calefactor y de la chimenea se trata considerando la mezcla de dos fases. También fue modelado el efecto de la condensación en la chimenea y el la variación de la presión del sistema. Finalmente las ecuaciones del modelo fueron analizadas en el dominio frecuencial perturbando a primer orden alrededor del estado estacionario. Las características de estabilidad del canal de ebullición y el lazo fueron investigadas analizando los ceros de la ecuación característica. Se construyeron los mapas clásicos de estabilidad en el plano de número de subenfriamiento y el número de cambio de fase (i.e., el subenfriamiento de entrada y el flujo de calor adimensional). Las predicciones del modelo fueron comparadas con resultados experimentales publicados en la literatura abierta. Se encontró que el efecto de tratamiento de fricción localizada en mezclas de dos fases estabiliza el sistema y mejora el acuerdo de los cálculos con los resultados experimentales. Para un canal en ebullición sujeto a un salto de presión constante, el sistema se estabiliza al aumentar la fricción localizada a la entrada, reducir la fricción localizada a la salida baja, y aumentar el caudal. Para el circuito de convección natural, se encontró que los elementos estabilizantes son el aumento de la fricción a la entrada del núcleo, la reducción de la fricción a la salida, la disminución el nivel sobre la superficie del líquido, y el aumento de la condensación en la chimenea. Los resultados muestran que el modelo tiene buen acuerdo con los datos experimentales disponibles. En particular, los resultados muestran la importancia de considerar la condensación de chimenea y de corregir la fricción localizada debido a la presencia de la mezcla de dos fases. Estos efectos son más importantes para altas potencias y altos subenfriamientos de entrada. Para completar el trabajo, se analizó el comportamiento y la estabilidad del circuito primario del reactor CAREM-25. Se encontraron regiones de inestabilidad de caudal a bajas y altas potencias. En el rango de bajo flujo de calor, las tendencias del modelo de equilibrio térmico sin deslizamiento entre fases y el modelo de no equilibrio térmico con deslizamiento son similares, lo cual es razonable ya que el título es bajo. En el rango de alto flujo de calor, para el número de subenfriamiento y el número de cambio de fase, se encontró que los márgenes de estabilidad de los dos modelos se cortan en un punto, determinando dos regiones diferenciadas, de alto y bajo subenfriamiento. En la primera región, el modelo de equilibrio térmico predice un título más alto, lo cual resulta en condiciones más estables. En la segunda región, el modelo de equilibrio térmico predice menores longitudes de la zona de dos fases, lo cual resulta en condiciones más inestables. Para subenfriamientos de entrada y potencias intermedias, la velocidad de entrada al núcleo calculadas con el modelo de equilibrio térmico son menores, lo cual resulta en condiciones más estables. En general se encontró que los parámetros de control que mas aumentan la estabilidad del sistema son la fricción localizada a la entrada, la presión del sistema y la condensación de chimenea. Por el contrario, la fricción localizada a la salida inestabiliza el sistema
Resumen en inglés
A one-dimensional analytical model has been developed to be used for the linear analysis of density-wave oscillations in a parallel heated channel and a natural circulation loop. The heater and the riser sections are divided into a single-phase and a two-phase region. The two-phase region is represented by the drift-flux model. The model accounts for aphasic slip and subcooled boiling. The localized friction at the heater and the riser exit is treated considering the two-phase mixture. Also the effects of the condensation in the riser and the change in the system pressure have been studied. The exact equation for the heated channel and the total loop pressure drop is perturbed around the steady state. The stability characteristics of the heated channel and the loop are investigated using the Root finding method criterion. The results are summarized on instability maps in the plane of subcooled boiling number vs. phase change number (i.e., inlet subcooling vs. heater heat flux). The predictions of the model are compared with experimental results published in open literature. The results show that, the treatment effect of localized friction in two-phase mixtures stabilizes the system and improves the agreement of the calculations with the experimental results. For a parallel heated channel, the results indicate a more stable system with high inlet restriction, low outlet restriction, and high inlet velocity. And for a natural circulation loop, an increase in the inlet restriction broadened the range of the continuous circulation mode and stabilized the system, a decrease in the exit restriction or the liquid charging level shifted to the right the range of the continuous circulation mode and stabilized the system and an increase in the riser condensation shifted to the right the range of the continuous circulation mode and stabilized the system. The results show that the model agrees well with the available experimental data. In particular, the results show the significance of considering riser condensation and of correcting the localized friction due to the presence of the two-phase mixture in the two-phase region. These effects are more important for high heating power and high inlet subcooling. CAREM 25 nuclear power reactor is investigated to get the stability boundary map. The flow instability regions are appeared at low and high core power. In the low heat flux range, the trends of the thermal equilibrium - equal velocity (homogeneous) model and the thermal non equilibrium - non equal velocity model are the same because the steam quality is small. In the high heat flux range, for the subcooled boiling number and the phase change number, the marginal stability boundaries are crossed in a point, determining tow different regions, of high and low inlet subcooling. For the first region, the steam quality calculation of the first model is greater and has the effect of stabilizing the system more than the second one. For the second region, the two-phase region length calculation of the first model is smaller and has the effect of stabilizing the system less than the second one. In general, the model predicts a more stable system with an increase in inlet restriction or riser condensation or system pressure or a decrease in exit restriction
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Flujo bifásico; Estabilidad; Oscilaciones; Onda; Densidad; Canal; Ebullición; Convección Natural; Condensación; Dominio frecuencial; CAREM; Two-phase flow; Stability; Density; Wave forms; Natural convection; Frequency control; |
| Materias: | Ingeniería nuclear |
| Divisiones: | Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Termohidráulica |
| Código ID: | 50 |
| Depositado Por: | Administrador RICABIB |
| Depositado En: | 27 Abr 2010 11:05 |
| Última Modificación: | 27 Abr 2010 11:05 |
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