An??lise experimental de velocidade cr??tica em elemento combust??vel tipo placa plana para reatores nucleares de pesquisa

• Autor(a) principal: CASTRO, ALFREDO J.A. de
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Tese
• Título da fonte: Repositório Institucional do IPEN
• Texto Completo: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/28022
• topic: fuel elements; fuel plates; heating; reactor cores; research reactors; critical velocity; miller indices; pressure dependence; pressure drop; hydraulic control devices; flow blockage; experiment planning; experiment results

Os elementos de combust??vel de um reator nuclear de pesquisa tipo MTR (\"Material Testing Reactor\") s??o, em sua grande maioria, formados por placas de combust??vel revestidas com alum??nio contendo no cerne silicileto de ur??nio (U3Si2) disperso em matriz de alum??nio. Essas placas possuem espessura da ordem de mil??metros e comprimentos muito maiores em rela????o ?? sua espessura. Elas s??o dispostas paralelamente no conjunto que forma o elemento combust??vel, de maneira a formar canais entre elas com poucos mil??metros de espessura, por onde escoa o fluido de refrigera????o (??gua leve ou ??gua pesada). Essa configura????o, associada ?? necessidade de um escoamento com altas vaz??es para garantir o resfriamento das placas em opera????o, pode gerar problemas de falhas mec??nicas das placas de combust??vel devido ??s vibra????es induzidas pelo escoamento nos canais e, consequentemente, acidentes de propor????es graves no caso de velocidade cr??tica que possa gerar o colapso das placas. Embora n??o haja ruptura das placas de combust??vel durante o colapso, as deflex??es permanentes excessivas das placas podem causar bloqueio do canal de escoamento no n??cleo do reator e levar ao superaquecimento nas placas. Para este trabalho, foram desenvolvidas uma bancada experimental com capacidade para altas vaz??es volum??tricas (Q=100 m3/h) e uma se????o de testes que simula um elemento combust??vel do tipo placa com tr??s canais de resfriamento. A se????o de testes foi constru??da com placas de alum??nio e acr??lico e foi instrumentada com sensores de deforma????o, sensores de press??o, um aceler??metro e um tubo de pitot. As dimens??es da se????o de testes foram baseadas nas dimens??es do Elemento Combust??vel do Reator Multiprop??sito Brasileiro (RMB), cujo projeto est?? sendo coordenado pela Comiss??o Nacional de Energia Nuclear - CNEN. Os experimentos realizados alcan??aram o objetivo de chegar ?? condi????o de velocidade cr??tica de Miller com o colapso das placas. A velocidade cr??tica foi atingida com 14,5 m/s levando a consequente deforma????o pl??stica das placas que formam o canal do escoamento. O canal central na entrada da se????o de testes apresentou uma abertura de 3 mm em seu centro, causando um grande bloqueio do escoamento nos canais laterais. Este comportamento foi v constatado visualmente durante a desmontagem da se????o de testes, ilustrado e discutido na an??lise de resultados apresentado neste trabalho. O bloqueio dos canais tamb??m foi observado por meio de gr??ficos de queda de press??o e por gr??ficos das deforma????es da entrada, centro e sa??da das placas contra a velocidade m??dia da se????o de testes. Observou-se uma queda da resist??ncia hidr??ulica da se????o de testes devido ao aumento da se????o transversal de escoamento no canal central e um aumento exponencial das deforma????es quando da ocorr??ncia da velocidade cr??tica. Comparativamente, o valor experimental obtido para velocidade cr??tica na se????o de testes foi da ordem de 85% do valor obtido por c??lculo com a express??o te??rica de Miller. Os experimentos realizados permitiram um melhor entendimento da intera????o fluido estrutura em elementos de combust??vel tipo placa como: valores de frequ??ncias de vibra????es naturais, instabilidade fluido el??stica e desenvolvimento de t??cnicas para a detec????o de valores de velocidade cr??tica.