Avaliação termo-hidráulica experimental de grades espaçadoras comerciais para reatores PWR e de protótipo fabricado por impressora 3D

• Autor(a) principal: Higor Fabiano Pereira de Castro
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/34428; https://orcid.org/0000-0003-3822-0546
• topic: Grades espaçadoras; Reatores PWR; Termo-hidráulica experimental; LDV; CFD; Engenharia nuclear; Reatores de água pressurizada; Dinâmica dos fluidos computacional

As grades espaçadoras são importantes componentes presentes em elementos combustíveis de reatores nucleares à água pressurizada, PWR – Pressurized Water Reator. Essas grades são responsáveis por manter a integridade estrutural do elemento combustível e contribuem com a melhoria da eficiência termo-hidráulica do reator. Com o objetivo de desenvolver uma grade espaçadora nacional de alta eficiência, estudos com grades espaçadoras comerciais e protótipos fabricados em impressora 3D têm sido realizados no Laboratório de Termo-Hidráulica e Neutrônica – LTHN do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN. Neste trabalho foi avaliado o desempenho termo-hidráulico de três grades espaçadoras, sendo dois tipos comerciais (aletadas e de canais) e de uma grade impressa do tipo de canais. As grades foram testadas em elementos combustíveis nucleares representativos de modelos comerciais distintos, porém constituídos por arranjos quadrados de 5x5 varetas. Parâmetros de turbulência foram determinados a partir de velocidades medidas a jusante das grades espaçadoras por meio da técnica de velocimetria laser Doppler (LDV – Laser Doppler Velocimetry). Para a grade aletada foram avaliadas cinco condições de escoamento para Reynolds (Re) na faixa de 18x10³ a 54x10³. Os resultados mostraram diferenças significativas no comportamento do escoamento para essa faixa de Re. Os testes de comparação entre as três grades foram feitos para Re = 27x10³. Os resultados de comparação entre as grades mostraram que sob o ponto de vista termohidráulico, a grade espaçadora aletada é superior à grade comercial de canais e também com relação à grade impressa avaliada. Entretanto a partir dos resultados obtidos para a grade espaçadora impressa comprovou-se a viabilidade do uso da técnica de prototipagem no desenvolvimento de novos elementos combustíveis nucleares. Foi criado e disponibilizado um banco de dados experimental da grade impressa que poderá ser utilizado como dados de entrada em códigos de simulação numérica e análise termo-hidráulica de subcanais e para validar simulações de fluidodinâmica computacional (CFD – Computational Fluid Dynamic).