Numerical simulation of the thermal regime of an underground spent fuel storage facility (built-in structure variant)
Average rating
Cast your vote
You can rate an item by clicking the amount of stars they wish to award to this item.
When enough users have cast their vote on this item, the average rating will also be shown.
Star rating
Your vote was cast
Thank you for your feedback
Thank you for your feedback
Author
Amosov, P. V.Date
2021Creative Commons
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Metadata
Show full item recordAlternative Title
Численное моделирование теплового режима подземного объекта хранения отработавшего ядерного топлива (вариант встроенной конструкции)Abstract
The results of a numerical simulation of the thermal regime of an underground facility for long-term storage of spent nuclear fuel in a built-in reinforced concrete structure are presented. Two computer models were constructed in a three-dimensional formulation in the COMSOL programme. The first model is based on the incompressible fluid approximation, while the second model is based on the "incompressible ideal gas" approximation. The mathematical basis of models: the continuity equation, Navier – Stokes equations averaged by Reynolds, the standard (k – ?) turbulence model, and the general heat transfer equation. Consideration of mixed convection conditions is implemented in the "incompressible ideal gas" approximation, where the air density is a function of temperature only. The most thermally stressful arrangement of spent fuel placement is investigated: U-Zr – defective – U-Be. The air rate is varied in the range from 21 to 0.656 m3/s. Numerical experiments were performed for up to 5 years of fuel storage. The principal difference between the non-stationary structure of the velocity fields predicted in the "incompressible ideal gas" model and the "frozen" picture of the aerodynamic parameters in the incompressible fluid model is emphasized. It is shown that the requirements for exceeding the temperature limit values are met when the object operates under conservative ventilation conditions (rate 0.656 m3/s) with a minimum of costs for organizing ventilation. The dynamics of heat flows directed into the rock mass through the base and from the surface of the built-in structure of the U-Zr fuel compartment to the air environment are analyzed. The predominance of the heat flow from the surface of the structure and the different times when the curves of the heat flow dynamics reach their maximum values are noted. The heat flow to the array reaches its maximum significantly faster than to the air.Представлены результаты исследования методом численного моделирования теплового режима подземного объекта долговременного хранения отработавшего ядерного топлива в варианте встроенной железобетонной конструкции. Построены две компьютерные модели в объемной постановке в программе COMSOL. В основе первой модели лежит приближение несжимаемой жидкости, для второй – приближение "несжимаемого идеального газа". Математическая основа моделей: уравнение неразрывности, уравнения Навье – Стокса, осредненные по Рейнольдсу, стандартная -модель турбулентности и общее уравнение теплопереноса. Учет условий смешанной конвекции реализован в приближении "несжимаемого идеального газа", в котором плотность воздуха является функцией только температуры. Исследована наиболее напряженная в тепловом отношении компоновка размещения ядерного топлива: U-Zr – defect – U-Be. Расход воздуха проварьирован в диапазоне от 21 до 0,656 м3/с. Численные эксперименты выполнены на срок до 5 лет хранения топлива. Подчеркнуто принципиальное отличие нестационарной структуры прогнозируемых в модели "несжимаемого идеального газа" скоростных полей от "застывшей" картины аэродинамических параметров в модели несжимаемой жидкости. Показано соблюдение требований по непревышению предельных значений температуры при функционировании объекта в консервативных условиях проветривания (расход 0,656 м3/с) с минимумом затрат по организации вентиляции. Проанализирована динамика тепловых потоков, направленных в скальный массив через основание и с поверхности встроенной конструкции отсека с U-Zr топливом в воздушную среду. Отмечено доминирование теплового потока с поверхности конструкции и различное время выхода кривых динамики теплового потока на максимальные значения. Тепловой поток в массив достигает максимума существенно быстрее, чем в воздух.
Journal
Vestnik of MSTUVolume
24Issue/Article Nr
2Page Range
pp.228-239Resource/Dataset Location
http://vestnik.mstu.edu.ru/show-eng.shtml?art=2103http://vestnik.mstu.edu.ru/show.shtml?art=2103
Collections
The following license files are associated with this item:
- Creative Commons
Except where otherwise noted, this item's license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International