Modelagem computacional da circulação natural do CO2 supercrítico

• Autor(a) principal: Silva, Gabriel Caetano Gomes Ribeiro da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/13332
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NUCLEAR::TECNOLOGIA DOS REATORES::TRANSFERENCIA DE CALOR EM REATORES; Circulação catural; Dinâmica dos fluídos computacional; Fluído supercrítico; Transferência de calor

Sistemas passivos de remoção de calor residual por circulação natural são indispensáveis para o futuro da energia nuclear. Na tentativa de otimizar estes sistemas, a utilização do CO2 supercrítico é uma alternativa considerada por muitos pesquisadores devido às altas taxas de troca térmica e baixa perda de carga. Este trabalho visa investigar uma das principais limitações intrínsecas deste tipo de sistema, o fenômeno da deterioração da transferência de calor (HTD). Foram analisadas as quatro configurações mais comuns de um circuito de circulação natural retangular, que diferem-se pela orientação do aquecedor e do resfriador. As simulações foram realizadas em estado estacionário, empregando um modelo tridimensional. O modelo de turbulência escolhido foi o RNG k-ε. O código utilizado foi o ANSYS Fluent v. 18.2. A vazão de circulação natural e a temperatura média foram analisadas em função da potência de aquecimento para as quatro configurações do circuito e para três diferentes pressões de operação (8,5 MPa, 9,0 MPa e 9,5MPa). Os resultados foram comparados com as correlações empíricas de SWAPNALEE et al. [1] e YADAV et al. [2] com intuito de verificar a simulação. O regime de HTD foi observado para todos os casos estudados. Observou-se que o aumento da pressão de operação retarda o surgimento do regime da HTD e também induz um sensível aumento na vazão de circulação natural após o início da HTD, para todos os casos estudados. Com o intuito de investigar a transferência de calor do sistema, o número de Nusselt foi analisado em função do número de Rayleigh e observou-se que a correlação descrita por YADAV et al. [2] apresentou boa concordância com os resultados obtidos da simulação. Por fim, foram propostas correlações para a transferência de calor e para o número de Reynolds, individualmente para cada configuração, e uma correlação para o fator de atrito, para todos os casos estudados.