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Type: Dissertação
Title: Modelagem da pressurização da contenção de um PWR com resfriamento passivo de material de mudança de fase
Author(s)/Inventor(s): Pedrassani, Rafaela Vilas Boas
Advisor: Jian, Su
Abstract: A pressurização do edifício de contenção de uma usina nuclear de reator de água pressurizada (PWR) pode ocorrer em um curto espaço de tempo caso ocorra um acidente de perda de refrigerante (LOCA) devido a uma ruptura na tubulação do circuito primário. Recentemente, os materiais de mudança de fase (PCM) têm sido considerados um método de resfriamento passivo no edifício de contenção pelo armazenamento de energia térmica em caso de acidentes. Neste estudo, propõe-se um modelo acoplado para a pressurização da contenção de usina PWR durante um LOCA hipotético. O modelo proposto consiste em um modelo termodinâmico conservador de célula única para o balanço de massa e energia na contenção, e um modelo aperfeiçoado de parâmetros concentrados para a condução de calor unidimensional com fusão de uma placa PCM, baseado nas aproximações de Hermite para integrais. O sistema não linear de equações diferenciais ordinárias é resolvido numericamente utilizando o software simbólico-numérico Wolfram Mathematica 11.0. O modelo da contenção é verificado comparando-se com a pressão e a temperatura finais da contenção disponíveis na literatura, e o modelo para a condução no PCM é validado comparando-se a interface de fusão no PCM e a temperatura média da fase líquida com uma solução analítica aproximada. As variações da temperatura e pressão na contenção foram avaliadas para diferentes tipos e áreas transferência de calor de PCM. Os resultados da análise demonstraram que o PCM poderia resfriar com sucesso a contenção e diminuir o ponto máximo de pressão significativamente.
Abstract: Pressurization of the containment building of a pressurized water reactor (PWR) nuclear power plant can occur in a short time if a loss of coolant accident (LOCA) occurs due to a break in the primary circuit piping. Recently, phase change materials (PCM) have been considered as a method of passive cooling in the containment building by storing thermal energy in case of accidents. In this study, we propose a coupled model for the pressurization of the PWR containment during a hypothetical LOCA. The proposed model consists of a conservative single-cell thermodynamic model for the mass and energy balance in the containment, and an improved lumped parameter model for one-dimensional heat conduction with melting of a PCM plate, based on Hermite approximations for integrals. The nonlinear system of ordinary differential equations is solved numerically using the symbolic-numerical software Wolfram Mathematica 11.0. The containment model is verified by comparing the final containment pressure and temperature with data available in the literature, and the model for conduction in the PCM is validated by comparing the melting interface and the liquid phase average temperature of the PCM with an approximate analytical solution. Temperature and pressure variations in the containment were evaluated for different types and heat transfer areas of the PCM. The analysis results demonstrated that the PCM could successfully cool the containment and lower the maximum pressure significantly.
Keywords: Reatores de água pressurizada
Segurança nuclear
Reatores nucleares
Contenção
Acidentes nucleares
Propriedades térmicas
Modelos matemáticos
Transferência de calor
Pressurized water reactors
Nuclear safety
Nuclear reactors
Containment
Nuclear accidents
Phase change materials
Mathematical models
Heat transfer
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NUCLEAR::TECNOLOGIA DOS REATORES::SEGURANCA, LOCALIZACAO E LICENCIAMENTO DE REATORES
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Nuclear
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jul-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: PEDRASSANI, Rafaela Vilas Boas. Modelagem da pressurização da contenção de um PWR com resfriamento passivo de material de mudança de fase. 2021. 93 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Programa de Pós-Graduação em Engenharia Nuclear, Coppe, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Nuclear

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