Não categorizado

Pressão estática

Em geral, a pressão  é uma medida da  força exercida  por unidade de área nos limites de uma substância. Na dinâmica de fluidos, muitos autores usam o termo pressão estática em vez de apenas pressão para evitar ambiguidade. O termo pressão estática é idêntico ao termo pressão e pode ser identificado para cada ponto em um campo de fluxo de fluido.

A pressão estática é um dos termos da equação de  Bernoulli :

O efeito de Bernoulli causa a  redução da pressão do fluido (pressão estática – p)  em regiões onde a velocidade do fluxo é aumentada. Esse abaixamento da pressão em uma constrição de um caminho de fluxo pode parecer contra-intuitivo, mas parece menos quando você considera a pressão como densidade de energia. No fluxo de alta velocidade através da constrição, a energia cinética (pressão dinâmica – ½.ρ.v ² ) deve aumentar à custa da energia da pressão ( pressão estática – p ).

A forma simplificada da equação de Bernoulli pode ser resumida na seguinte equação memorável da palavra:

pressão estática  +  pressão dinâmica  =  pressão total (pressão de estagnação)

A pressão total e dinâmica não são pressões no sentido usual – elas não podem ser medidas usando um aneroide, tubo de Bourdon ou coluna de mercúrio.

Pressão de estagnação – Pressão de Pitot

Em geral, a pressão  é uma medida da  força exercida  por unidade de área nos limites de uma substância. Em dinâmica e aerodinâmica de fluido, pressão de estagnação (ou pressão dinâmica ou pressão total ) é a pressão estática em um ponto de estagnação em um fluxo de fluido. Em um ponto de estagnação, a velocidade do fluido é zero e toda a energia cinética foi convertida em energia de pressão (isentropicamente). Este efeito é amplamente utilizado na aerodinâmica (medição de velocidade ou entrada de ar ram).

A pressão de estagnação é igual à soma da pressão dinâmica de fluxo livre e pressão estática de fluxo livre.

Pressão estática e pressão dinâmica são termos da equação de  Bernoulli:

O efeito de Bernoulli causa a  redução da pressão do fluido (pressão estática – p)  em regiões onde a velocidade do fluxo é aumentada. Esse abaixamento da pressão em uma constrição de um caminho de fluxo pode parecer contra-intuitivo, mas parece menos quando você considera a pressão como densidade de energia. No fluxo de alta velocidade através da constrição, a energia cinética (pressão dinâmica – ½.ρ.v ² ) deve aumentar à custa da energia da pressão (pressão estática – p).

A forma simplificada da equação de Bernoulli pode ser resumida na seguinte equação memorável da palavra:

pressão estática + pressão dinâmica = pressão total (pressão de estagnação)

A pressão total e dinâmica não são pressões no sentido usual – elas não podem ser medidas usando um aneroide, tubo de Bourdon ou coluna de mercúrio.

A pressão de estagnação é algumas vezes referida como pressão de pitot porque é medida usando um tubo de pitot. Um tubo de Pitot é um instrumento de medição de pressão usado para medir a velocidade do fluxo de fluido. A velocidade pode ser determinada usando a seguinte fórmula:

Onde:

• u é a velocidade do fluxo a ser medida em m / s,
• p _s  é estagnação ou pressão total em Pa,
• p _t é a pressão estática em Pa,
• ρ é a densidade do fluido em kg / m ³ .

Pressão dinâmica – Pressão de velocidade

Em geral, a pressão  é uma medida da  força exercida  por unidade de área nos limites de uma substância. O termo pressão dinâmica (às vezes chamado de pressão de velocidade ) está associado ao fluxo de fluido e ao efeito de Bernoulli, descrito pela equação de Bernoulli :

Esse efeito causa a  redução da pressão do fluido (pressão estática)  em regiões onde a velocidade do fluxo é aumentada. Esse abaixamento da pressão em uma constrição de um caminho de fluxo pode parecer contra-intuitivo, mas parece menos quando você considera a pressão como densidade de energia. No fluxo de alta velocidade através da constrição, a energia cinética (pressão dinâmica – ½.ρ.v ² ) deve aumentar à custa da energia da pressão (pressão estática – p).

Como pode ser visto, pressão dinâmica é pressão dinâmica é um dos termos da equação de  Bernoulli. Na dinâmica de fluidos incompressível, pressão dinâmica é a quantidade definida por:

A forma simplificada da equação de Bernoulli pode ser resumida na seguinte equação memorável da palavra:

pressão estática  +  pressão dinâmica  =  pressão total (pressão de estagnação)

A pressão total e dinâmica não são pressões no sentido usual – elas não podem ser medidas usando um aneroide, tubo de Bourdon ou coluna de mercúrio.

Para evitar ambiguidade potencial ao se referir à pressão na dinâmica de fluidos, muitos autores usam o termo pressão estática para distingui-lo da pressão total e da pressão dinâmica. O termo pressão estática é idêntico ao termo pressão e pode ser identificado para cada ponto em um campo de fluxo de fluido. Pressão dinâmica é a diferença entre pressão de estagnação e pressão estática.

Pressão dinâmica e perda de pressão

A pressão dinâmica está intimamente relacionada às perdas de pressão . Na análise prática de sistemas de tubulação, a quantidade mais importante é a  perda de pressão devido a efeitos viscosos  ao longo do comprimento do sistema, bem como  perdas de pressão adicionais  decorrentes de outros  equipamentos tecnológicos  como válvulas, cotovelos, entradas de tubulação, conexões e T . Pela observação, a  perda de carga é aproximadamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo  na maioria dos fluxos de engenharia (fluxo de tubulação turbulento e totalmente desenvolvido). De fato, a  perda de  carga é diretamente proporcional à pressão dinâmica .

A constante de proporcionalidade é o coeficiente de perda de pressão . O coeficiente de perda de pressão é anotado K ou ξ (pronunciado “xi”). Este coeficiente caracteriza a perda de pressão de um determinado sistema hidráulico ou de uma parte de um sistema hidráulico. Pode ser facilmente medido em loops hidráulicos. O coeficiente de perda de pressão pode ser definido ou medido para tubos retos e especialmente para  perdas locais (menores) . Por exemplo, o coeficiente de perda de pressão ξ = 4,9  faz com que a queda de pressão seja cerca de 4,9 vezes a pressão dinâmica .

Número Nusselt para reatores de metais líquidos

Um reator refrigerado a metal líquido é um tipo avançado de reator nuclear, onde o refrigerante primário é um metal líquido.  Os metais líquidos podem ser usados ​​como refrigerante, porque possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . Essa condutividade térmica muito alta, juntamente com causas de baixa viscosidade, correlações típicas de transferência de calor (por exemplo, Dittus-Boelter) não pode ser usado.

Para metais líquidos, o número de Prandtlé muito pequeno, geralmente na faixa de 0,01 a 0,001. Isso significa que a difusividade térmica , que está relacionada à taxa de transferência de calor por condução , domina sem ambiguidade . Essa difusividade térmica muito alta resulta da condutividade térmica muito alta dos metais, que é cerca de 100 vezes maior que a da água. O número de Prandtl para sódio a uma temperatura de operação típica nos reatores rápidos resfriados a sódio é de cerca de 0,004. Nesse caso, o desenvolvimento da camada limite térmica é muito mais rápido que o da camada limite de velocidade (δ _t >> δ), e é razoável assumir velocidade uniforme ao longo da camada limite térmica.Os coeficientes de transferência de calor para o fluxo de sódio através do canal de combustível são baseados no número de Prandtl e no número de Péclet . A inclinação do diâmetro (P / D) também faz muitos cálculos de transferência de calor em reatores de metal líquido. As correlações convectivas de transferência de calor são geralmente apresentadas em termos de número de Nusselt versus número de Péclet . O número típico de péclet para operação normal é de 150 a 300 nos pacotes de combustível. Quanto a outros regimes de fluxo, o número de Nusselt e uma determinada correlação podem ser usados ​​para determinar o coeficiente de transferência de calor por convecção.

Correlação Graber-Rieger

Correlação FFTF

Eutético de chumbo e bismuto-chumbo – Líquido refrigerante do reator

Chumbo, eutético de chumbo-bismuto e outros metais também foram propostos e usados ​​ocasionalmente. O reator rápido resfriado a chumbo é um projeto de reator nuclear que apresenta um espectro rápido de nêutrons e líquido de refrigeração eutético de chumbo derretido ou bismuto . Eutético de chumbo-bismuto ou LBE é uma liga eutética de chumbo (44,5%) e bismuto (55,5%). O chumbo derretido ou eutético de chumbo-bismuto pode ser usado como refrigerante primário, porque chumbo e bismuto têm baixa absorção de nêutrons e pontos de fusão relativamente baixos.

Os pontos de fusão e ebulição da mistura eutética de chumbo e bismuto são:

• conduzir
  • ponto de fusão – 327,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1749 ° C
• bismuto chumbo – mistura eutética
  • ponto de fusão – 123,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1670 ° C

Em comparação com os refrigerantes de metal líquido à base de sódio, como sódio líquido ou NaK, os refrigerantes à base de chumbo têm pontos de ebulição significativamente mais altos, o que significa que um reator pode ser operado sem risco de ebulição do refrigerante a temperaturas muito mais altas. O chumbo e o LBE também não reagem prontamente com água ou ar, ao contrário do sódio e NaK, que inflamam espontaneamente no ar e reagem explosivamente com a água. Devido à sua densidade e alto número atômico, o chumbo e o bismuto também são um excelente escudo contra radiação gama , ao mesmo tempo em que são virtualmente transparentes aos nêutrons.

Propriedades dos metais líquidos

Propriedades dos metais líquidos

Na física, o metal líquido consiste em ligas com pontos de fusão muito baixos, que formam um líquido eutético à temperatura ambiente. Na engenharia de reatores, metais líquidos são ligas com baixo ponto de fusão, permitindo que o líquido de arrefecimento do reator seja líquido na faixa operacional de temperaturas (geralmente acima da temperatura ambiente).

Os metais líquidos podem ser usados ​​como fluido de refrigeração do reator, porque possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . O uso de refrigerantes de metal líquido tornou possível proporcionar alta taxa de transferência de calor em usinas de energia, bem como as temperaturas das superfícies de trabalho de suas construções próximas à temperatura do refrigerante.

Além disso, os metais líquidos utilizados na engenharia de reatores são absorvedores muito fracos de nêutrons, permitindo que os reatores de metais líquidos operem com espectro rápido de nêutrons. Um reator rápido de metal líquido é um reator de alta densidade de potência, que não precisa de moderador de nêutrons .

As principais diferenças entre reatores térmicos e rápidos são, obviamente, em seções transversais de nêutrons , que exibem dependência energética significativa . Pode ser caracterizada pela razão de captura / fissão , que é menor nos reatores rápidos . Há também uma diferença no número de nêutrons produzidos por uma fissão , que é maior nos reatores rápidos do que nos reatores térmicos. Essas diferenças muito importantes são causadas principalmente por diferenças nos fluxos de nêutrons . Portanto, é muito importante conhecer a distribuição detalhada de energia de nêutrons no núcleo de um reator.

A desvantagem de muitos metais líquidos também é sua alta atividade química na interação com oxigênio, água e materiais estruturais, que podem causar deterioração da transferência de calor na planta sob certas condições.

Sódio e NaK – Líquido refrigerante do reator

Reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs) são o projeto de reator rápido mais comum. Eles usam sódio fundido ou uma liga eutética de sódio e potássio (NaK) como fluido de refrigeração do reator. Os pontos de fusão e ebulição do sódio e NaK são:

• 

  sódio

  • ponto de fusão – 97,72 ° C
  • ponto de ebulição – 883 ° C
• NaK – mistura eutética
  • ponto de fusão – (-12 ° C)
  • ponto de ebulição – 785 ° C

Propriedades dos metais líquidos

Propriedades dos metais líquidos

Na física, o metal líquido consiste em ligas com pontos de fusão muito baixos, que formam um líquido eutético à temperatura ambiente. Na engenharia de reatores, metais líquidos são ligas com baixo ponto de fusão, permitindo que o líquido de arrefecimento do reator seja líquido na faixa operacional de temperaturas (geralmente acima da temperatura ambiente).

Os metais líquidos podem ser usados ​​como fluido de refrigeração do reator, porque possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . O uso de refrigerantes de metal líquido tornou possível proporcionar alta taxa de transferência de calor em usinas de energia, bem como as temperaturas das superfícies de trabalho de suas construções próximas à temperatura do refrigerante.

Além disso, os metais líquidos utilizados na engenharia de reatores são absorvedores muito fracos de nêutrons, permitindo que os reatores de metais líquidos operem com espectro rápido de nêutrons. Um reator rápido de metal líquido é um reator de alta densidade de potência, que não precisa de moderador de nêutrons .

As principais diferenças entre reatores térmicos e rápidos são, obviamente, em seções transversais de nêutrons , que exibem dependência energética significativa . Pode ser caracterizada pela razão de captura / fissão , que é menor nos reatores rápidos . Há também uma diferença no número de nêutrons produzidos por uma fissão , que é maior nos reatores rápidos do que nos reatores térmicos. Essas diferenças muito importantes são causadas principalmente por diferenças nos fluxos de nêutrons . Portanto, é muito importante conhecer a distribuição detalhada de energia de nêutrons no núcleo de um reator.

A desvantagem de muitos metais líquidos também é sua alta atividade química na interação com oxigênio, água e materiais estruturais, que podem causar deterioração da transferência de calor na planta sob certas condições.

Propriedades dos metais líquidos

Propriedades dos metais líquidos

Na física, o metal líquido consiste em ligas com pontos de fusão muito baixos, que formam um líquido eutético à temperatura ambiente. Na engenharia de reatores, metais líquidos são ligas com baixo ponto de fusão, permitindo que o líquido de arrefecimento do reator seja líquido na faixa operacional de temperaturas (geralmente acima da temperatura ambiente).

Os metais líquidos podem ser usados ​​como fluido de refrigeração do reator, porque possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . O uso de refrigerantes de metal líquido tornou possível proporcionar alta taxa de transferência de calor em usinas de energia, bem como as temperaturas das superfícies de trabalho de suas construções próximas à temperatura do refrigerante.

Além disso, os metais líquidos usados ​​na engenharia de reatores são absorvedores muito fracos de nêutrons, permitindo que os reatores de metais líquidos operem com espectro rápido de nêutrons. Um reator rápido de metal líquido é um reator de alta densidade de potência, que não precisa de moderador de nêutrons .

As principais diferenças entre reatores térmicos e rápidos são, obviamente, em seções de nêutrons , que exibem dependência energética significativa . Pode ser caracterizada pela razão de captura / fissão , que é menor nos reatores rápidos . Há também uma diferença no número de nêutrons produzidos por uma fissão , que é maior nos reatores rápidos do que nos reatores térmicos. Essas diferenças muito importantes são causadas principalmente por diferenças nos fluxos de nêutrons . Portanto, é muito importante conhecer a distribuição detalhada de energia de nêutrons no núcleo de um reator.

A desvantagem de muitos metais líquidos também é sua alta atividade química na interação com oxigênio, água e materiais estruturais, que podem causar deterioração da transferência de calor na planta sob certas condições.

Sódio e NaK – Líquido refrigerante do reator

Reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs) são o projeto de reator rápido mais comum. Eles usam sódio fundido ou uma liga eutética de sódio e potássio (NaK) como fluido de refrigeração do reator. Os pontos de fusão e ebulição do sódio e NaK são:

• 

  sódio

  • ponto de fusão – 97,72 ° C
  • ponto de ebulição – 883 ° C
• NaK – mistura eutética
  • ponto de fusão – (-12 ° C)
  • ponto de ebulição – 785 ° C

NaK contendo 40% a 90% de potássio em peso é líquido à temperatura ambiente. A mistura eutética consiste em 77% de potássio e 23% de sódio. O sódio e o NaK não corroem o aço em grau significativo e são compatíveis com muitos combustíveis nucleares, permitindo uma ampla variedade de materiais estruturais. Como o sódio reage violentamente com a água, no entanto, os SFRs exigem a colocação de um trocador de calor intermediário entre o núcleo do reator e o gerador de vapor . Essa tecnologia de alta tecnologia requer muita experiência; portanto, poucos países desenvolveram seu próprio projeto de reator rápido.

Eutético de chumbo e bismuto-chumbo – Líquido refrigerante do reator

O chumbo, o eutético do chumbo-bismuto e outros metais também foram propostos e utilizados ocasionalmente. O reator rápido resfriado a chumbo é um projeto de reator nuclear que apresenta um espectro rápido de nêutrons e líquido de refrigeração eutético de chumbo derretido ou bismuto . Eutético de chumbo-bismuto ou LBE é uma liga eutética de chumbo (44,5%) e bismuto (55,5%). O chumbo derretido ou eutético de chumbo-bismuto pode ser usado como refrigerante primário, porque chumbo e bismuto têm baixa absorção de nêutrons e pontos de fusão relativamente baixos.

Os pontos de fusão e ebulição da mistura eutética de chumbo e bismuto são:

• conduzir
  • ponto de fusão – 327,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1749 ° C
• bismuto chumbo – mistura eutética
  • ponto de fusão – 123,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1670 ° C

Em comparação com os refrigerantes de metal líquido à base de sódio, como sódio líquido ou NaK, os refrigerantes à base de chumbo têm pontos de ebulição significativamente mais altos, o que significa que um reator pode ser operado sem risco de ebulição do refrigerante a temperaturas muito mais altas. O chumbo e o LBE também não reagem prontamente com água ou ar, ao contrário do sódio e NaK, que inflamam espontaneamente no ar e reagem explosivamente com a água. Devido à sua densidade e alto número atômico, o chumbo e o bismuto também são um excelente escudo contra radiação gama , ao mesmo tempo em que são virtualmente transparentes aos nêutrons.

Por outro lado, o chumbo e o líquido de arrefecimento LBE são mais corrosivos para o aço que o sódio ou a liga eutética NaK. Isso e a densidade muito alta de chumbo impõem um limite superior à velocidade do fluxo de refrigerante através do reator devido a considerações de segurança. Além disso, os pontos de fusão mais altos de chumbo e LBE (327 ° C e 123,5 ° C, respectivamente) podem significar que a solidificação do refrigerante pode ser um problema maior quando o reator é operado a temperaturas mais baixas.

Número de Nusselt para reatores de metais líquidos

Um reator refrigerado a metal líquido é um tipo avançado de reator nuclear, onde o refrigerante primário é um metal líquido.  Os metais líquidos podem ser usados ​​como refrigerante, pois possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . Essa condutividade térmica muito alta, juntamente com causas de baixa viscosidade, correlações típicas de transferência de calor (por exemplo, Dittus-Boelter) não pode ser usado.

Correlação Graber-Rieger

Correlação FFTF

O que é metal líquido

Na física, o metal líquido consiste em ligas com pontos de fusão muito baixos, que formam um líquido eutético à temperatura ambiente. Na engenharia de reatores, metais líquidos são ligas com baixo ponto de fusão, permitindo que o líquido de arrefecimento do reator seja líquido na faixa operacional de temperaturas (geralmente acima da temperatura ambiente).

Os metais líquidos podem ser usados ​​como fluido de refrigeração do reator, porque possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . O uso de refrigerantes de metal líquido tornou possível proporcionar alta taxa de transferência de calor em usinas de energia, bem como as temperaturas das superfícies de trabalho de suas construções próximas à temperatura do refrigerante.

Além disso, os metais líquidos usados ​​na engenharia de reatores são absorvedores muito fracos de nêutrons, permitindo que os reatores de metais líquidos operem com espectro rápido de nêutrons. Um reator rápido de metal líquido é um reator de alta densidade de potência, que não precisa de moderador de nêutrons .

As principais diferenças entre reatores térmicos e rápidos são, obviamente, em seções de nêutrons , que exibem dependência energética significativa . Pode ser caracterizada pela razão de captura / fissão , que é menor nos reatores rápidos . Há também uma diferença no número de nêutrons produzidos por uma fissão , que é maior nos reatores rápidos do que nos reatores térmicos. Essas diferenças muito importantes são causadas principalmente por diferenças nos fluxos de nêutrons . Portanto, é muito importante conhecer a distribuição detalhada de energia de nêutrons no núcleo de um reator.

A desvantagem de muitos metais líquidos também é sua alta atividade química na interação com oxigênio, água e materiais estruturais, que podem causar deterioração da transferência de calor na planta sob certas condições.

Sódio e NaK – Líquido refrigerante do reator

Reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs) são o projeto de reator rápido mais comum. Eles usam sódio fundido ou uma liga eutética de sódio e potássio (NaK) como fluido de refrigeração do reator. Os pontos de fusão e ebulição do sódio e NaK são:

• 

  sódio

  • ponto de fusão – 97,72 ° C
  • ponto de ebulição – 883 ° C
• NaK – mistura eutética
  • ponto de fusão – (-12 ° C)
  • ponto de ebulição – 785 ° C

NaK contendo 40% a 90% de potássio em peso é líquido à temperatura ambiente. A mistura eutética consiste em 77% de potássio e 23% de sódio. O sódio e o NaK não corroem o aço em grau significativo e são compatíveis com muitos combustíveis nucleares, permitindo uma ampla variedade de materiais estruturais. Como o sódio reage violentamente com a água, no entanto, os SFRs exigem a colocação de um trocador de calor intermediário entre o núcleo do reator e o gerador de vapor . Essa tecnologia de alta tecnologia requer muita experiência; portanto, poucos países desenvolveram seu próprio projeto de reator rápido.

Eutético de chumbo e bismuto-chumbo – Líquido refrigerante do reator

O chumbo, o eutético do chumbo-bismuto e outros metais também foram propostos e utilizados ocasionalmente. O reator rápido resfriado a chumbo é um projeto de reator nuclear que apresenta um espectro rápido de nêutrons e líquido de refrigeração eutético de chumbo derretido ou bismuto . Eutético de chumbo-bismuto ou LBE é uma liga eutética de chumbo (44,5%) e bismuto (55,5%). O chumbo derretido ou eutético de chumbo-bismuto pode ser usado como refrigerante primário, porque chumbo e bismuto têm baixa absorção de nêutrons e pontos de fusão relativamente baixos.

Os pontos de fusão e ebulição da mistura eutética de chumbo e bismuto são:

• conduzir
  • ponto de fusão – 327,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1749 ° C
• bismuto chumbo – mistura eutética
  • ponto de fusão – 123,5 ° C
  • ponto de ebulição – 1670 ° C

Em comparação com os refrigerantes de metal líquido à base de sódio, como sódio líquido ou NaK, os refrigerantes à base de chumbo têm pontos de ebulição significativamente mais altos, o que significa que um reator pode ser operado sem risco de ebulição do refrigerante a temperaturas muito mais altas. O chumbo e o LBE também não reagem prontamente com água ou ar, ao contrário do sódio e NaK, que inflamam espontaneamente no ar e reagem explosivamente com a água. Devido à sua densidade e alto número atômico, o chumbo e o bismuto também são um excelente escudo contra radiação gama , ao mesmo tempo em que são virtualmente transparentes aos nêutrons.

Por outro lado, o chumbo e o líquido de arrefecimento LBE são mais corrosivos para o aço que o sódio ou a liga eutética NaK. Isso e a densidade muito alta de chumbo impõem um limite superior à velocidade do fluxo de refrigerante através do reator devido a considerações de segurança. Além disso, os pontos de fusão mais altos de chumbo e LBE (327 ° C e 123,5 ° C, respectivamente) podem significar que a solidificação do refrigerante pode ser um problema maior quando o reator é operado a temperaturas mais baixas.

Número de Nusselt para reatores de metais líquidos

Um reator refrigerado a metal líquido é um tipo avançado de reator nuclear, onde o refrigerante primário é um metal líquido.  Os metais líquidos podem ser usados ​​como refrigerante, pois possuem excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser empregados em sistemas de baixa pressão, como é o caso dos reatores rápidos resfriados a sódio (SFRs). A característica única dos metais no que diz respeito à sua estrutura é a presença de portadores de carga, elétrons especificamente livres, proporcionando alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica . Essa condutividade térmica muito alta, juntamente com causas de baixa viscosidade, correlações típicas de transferência de calor (por exemplo, Dittus-Boelter) não pode ser usado.

Correlação Graber-Rieger

Correlação FFTF

• Reator rápido resfriado a sódio
• Reator rápido resfriado a chumbo

Um dos principais desafios da simulação numérica é a modelagem confiável de transferência de calor em reatores refrigerados a metal líquido pelo Computational Fluid Dynamics (CFD). As aplicações de transferência de calor com fluidos com baixo número de Prandtl estão frequentemente na faixa de transição entre regimes dominados por condução e convecção.

Queda de pressão – Montagem de combustível

Em geral, a queda de pressão total do conjunto de combustível é formada pela queda de atrito do feixe de combustível (dependente da rugosidade relativa das barras de combustível, número de reynolds , diâmetro hidráulico etc.) e outras quedas de pressão dos elementos estruturais (bico superior e inferior, grades espaçadoras ou grades de mistura) )

Veja também: Aceleração de fluidos – Perda de pressão

Em geral, não é tão simples calcular quedas de pressão em conjuntos de combustível (especialmente as grades espaçadoras) e isso pertence ao conhecimento essencial de determinado fabricante de combustível. Principalmente, as quedas de pressão são medidas em laços hidráulicos experimentais , em vez de calculadas.

Os engenheiros usam o coeficiente de perda de pressão , CLP . Nota-se K ou ξ  (pronunciado “xi”). Este coeficiente caracteriza a perda de pressão de um determinado sistema hidráulico ou de uma parte de um sistema hidráulico. Pode ser facilmente medido em loops hidráulicos. O coeficiente de perda de pressão pode ser definido ou medido para tubos retos e especialmente para perdas locais (menores) .

Utilizando dados do exemplo abaixo mencionado, o coeficiente de perda de pressão (somente por atrito do tubo reto) é igual a ξ = f _D L / D _H = 4.9 . Mas o coeficiente de perda de pressão geral (incluindo grades espaçadoras, bocais superior e inferior etc.) é geralmente cerca de três vezes maior. Este PLC ( ξ = 4,9 ) faz com que a queda de pressão é da ordem de (usando as entradas anteriores) Ap _atrito = 4,9 x 714 x 5 ² /2 = 43,7 kPa (sem grelhas de espaçamento, de topo e bocais inferiores). O CLP real cerca de três vezes maior significa que o _combustível  Δp cerca de três vezes maior será.

A perda geral de pressão do _reator , _reator Δp , deve incluir:

• downcomer e fundo do reator
• placa de suporte inferior
• conjunto de combustível, incluindo grades espaçadoras, bocais superior e inferior e outros componentes estruturais –  Δp _fuel
• montagem da estrutura da guia superior

Como resultado, a perda total de pressão do reator –  Δp do _reator é geralmente da ordem de centenas de kPa (digamos 300 – 400 kPa) para parâmetros de projeto.

Força de arrasto na engenharia nuclear

A análise da força de elevação hidráulica é uma das análises mais importantes no projeto de um conjunto de combustível e na análise da compatibilidade hidráulica de núcleos mistos. As forças verticais são induzidas pelo fluxo ascendente de alta velocidade através do núcleo do reator . O caminho de fluxo para o fluido de refrigeração do reator através do vaso do reator seria:

• 

  O líquido de refrigeração entra no vaso do reator no bocal de entrada e bate no barrilete .

• O barrilete força a água a fluir para baixo no espaço entre a parede do vaso do reator e o barrilete , esse espaço é geralmente conhecido como descendente .
• Do fundo do vaso de pressão, o fluxo é revertido através do núcleo para passar pelos conjuntos de combustível , onde a temperatura do líquido de arrefecimento aumenta à medida que passa pelas barras de combustível.
• Finalmente, o líquido de arrefecimento do reator mais quente entra na região interna superior, onde é direcionado pelo bico de saída para as pernas quentes do circuito primário e passa para os geradores de vapor .

Os conjuntos de combustível são mantidos pelo conjunto da estrutura da guia superior , que define a parte superior do núcleo. Este conjunto é feito de aço inoxidável e tem muitos propósitos. O conjunto da estrutura da guia superior exerce uma força axial nos conjuntos de combustível (através de molas no bico superior), define assim a posição exata do conjunto de combustível no núcleo. O flange de montagem da estrutura da guia superior é mantido no lugar e pré-carregado pelo flange da cabeça de fechamento do RPV. O conjunto da estrutura da guia superior também orienta e protege os conjuntos da haste de controle e a instrumentação interna.

A força descendente necessária do conjunto da estrutura da guia superior nos conjuntos de combustível deve ser calculada com muito cuidado. Força descendente insuficiente pode resultar na elevação do conjunto de combustível ; por outro lado, uma força descendente excessiva pode resultar em curvatura do conjunto de combustível , o que também é inaceitável.

O que é o arrasto na física

Na dinâmica de fluidos , o arrasto é uma força que atua oposta ao movimento relativo de qualquer objeto em movimento. A força que um fluido que flui exerce sobre um corpo na direção do fluxo. Ao contrário de outras forças resistivas, como o atrito a seco, que é quase independente da velocidade, as forças de arrasto dependem da velocidade. A força de arrasto é proporcional à velocidade de um fluxo laminar e a velocidade ao quadrado de um fluxo turbulento. O arrasto é geralmente causado por dois fenômenos:

• 

  Fricção da pele . Em geral, quando um fluxo de fluido sobre uma superfície estável , por exemplo, a placa plana, o leito de um rio, ou a parede de um tubo, o toque da superfície do fluido é levado para descansar pela tensão de corte para a parede. A região na qual o fluxo se ajusta da velocidade zero na parede até o máximo na corrente principal do fluxo é denominada camada limite . Portanto, um fluido em movimento exerce forças tangenciais de cisalhamento na superfície devido à condição de não escorregamento causada por efeitos viscosos. Esse tipo de força de arrasto depende principalmente da geometria, da rugosidade da superfície sólida e do tipo de fluxo de fluido.

• Arrastar formulário . O arrasto de forma conhecido também como arrasto de pressão surge devido à forma e tamanho do objeto. Esse tipo de força de arrasto é uma conseqüência interessante do efeito de Bernoulli . De acordo com o princípio de Bernoulli, o ar em movimento mais rápido exerce menos pressão. Isso faz com que haja uma diferença de pressão entre as superfícies do objeto. O tamanho e a forma geral do corpo são os fatores mais importantes no arrasto do formulário . Em geral, os corpos com uma seção transversal geométrica maior apresentada terão um arrasto maior que os corpos mais finos.

Ambas as forças, em geral, têm componentes na direção do fluxo e, portanto, a força de arrasto resultante é devida aos efeitos combinados das forças de pressão e atrito da pele na direção do fluxo.

Quando os coeficientes de atrito e pressão estão disponíveis, o coeficiente de arrasto total é determinado simplesmente adicionando-os:

Em números baixos de Reynolds , a maior parte do arrasto ocorre devido ao atrito . Esse é especialmente o caso de corpos altamente aerodinâmicos, como aerofólios. Por outro lado, no alto número de Reynolds , a queda de pressão é significativa, o que aumenta o arrasto do formulário.

Os componentes das forças de pressão e atrito da pele na direção normal ao fluxo tendem a mover o corpo nessa direção, e sua soma é chamada elevação .

Na aeronáutica, o elevador é uma força de ação ascendente em uma asa ou aerofólio da aeronave . O princípio de Bernoulli exige que o aerofólio tenha uma forma assimétrica .

Força de arrasto – Equação de arrasto

A força de arrasto, F _D , depende da densidade do fluido, a velocidade a montante, e o tamanho, forma e orientação do corpo, entre outras coisas. Uma maneira de expressar isso é por meio da equação de arrasto . A equação de arrasto é uma fórmula usada para calcular a força de arrasto experimentada por um objeto devido ao movimento através de um fluido.

A área de referência, A, é definida como a área da projeção ortográfica do objeto em um plano perpendicular à direção do movimento. Para objetos ocos, a área de referência pode ser significativamente maior que a área de seção transversal, mas para objetos não ocos, é exatamente o mesmo que uma área de seção transversal.

Exemplo: Força de arrasto – Coeficiente de arrasto – Pacote de combustível

Calcule o atrito de uma única barra de combustível  dentro de um núcleo do reator em operação normal (taxa de fluxo de projeto). Suponha que essa barra de combustível faça parte de um pacote de combustível com a estrutura retangular de combustível e esse pacote de combustível não contenha grades de espaçamento. Sua altura é h = 4m e a velocidade de fluxo do núcleo é constante e igual a V _core = 5 m / s.

Assuma isso:

• o diâmetro externo do revestimento é: d = 2 xr _{Zr, 1} = 9,3 mm
• o passo dos pinos de combustível é: p = 13 mm
• a rugosidade relativa é ε / D = 5 × 10 ^-4
• a densidade do fluido é: ρ = 714 kg / m ³
• a velocidade de fluxo do núcleo é constante e igual a V _core = 5 m / s
• a temperatura média do líquido de refrigeração do reator é: T a _granel = 296 ° C

Cálculo do número de Reynolds

Para calcular o número de Reynolds , precisamos saber:

• o diâmetro externo do revestimento é: d = 2 xr _{Zr, 1} = 9,3 mm (para calcular o diâmetro hidráulico)
• o passo dos pinos de combustível é: p = 13 mm  (para calcular o diâmetro hidráulico)
• a viscosidade dinâmica da água saturada a 300 ° C é: μ = 0,0000859 Ns / m ²
• a densidade do fluido é: ρ = 714 kg / m ³

O diâmetro hidráulico, D _h , é um termo comumente usado ao manipular o fluxo em tubos e canais não circulares . O diâmetro hidráulico do canal de combustível , D _h , é igual a 13,85 mm .

Veja também: Diâmetro hidráulico

O número de Reynolds dentro do canal de combustível é então igual a:

Isso satisfaz plenamente as condições turbulentas .

Cálculo do coeficiente de atrito da pele

O fator de atrito para escoamento turbulento depende fortemente da rugosidade relativa. É determinado pela equação de Colebrook ou pode ser determinado usando o gráfico Moody . O gráfico Moody para Re = 575 600 e ε / D = 5 x 10 ^-4 retorna os seguintes valores:

• o fator de atrito de Darcy é igual a f _D = 0,017
• o fator de atrito de Fanning é igual a f _F = f _D / 4 = 0,00425

Portanto, o coeficiente de atrito da pele é igual a:

Cálculo da força de arrasto

Para calcular a força de arrasto , precisamos saber:

• o coeficiente de atrito da pele, que é: C _{D, atrito} = 0,00425
• a área da superfície do pino, que é: A = π.dh = 0,11169 m ²
• a densidade do fluido , que é: ρ = 714 kg / m ³
• a velocidade de fluxo do núcleo, que é constante e igual a V _core = 5 m / s

A partir do coeficiente de atrito da pele, que é igual ao fator de atrito de Fanning , podemos calcular o componente de atrito da força de arrasto. A força de arrasto é dada por:

Supondo que um conjunto de combustível possa ter, por exemplo, 289 pinos de combustível (conjunto de combustível 17 × 17), o componente de atrito da força de arrasto é da ordem de quilonewtons . Além disso, essa força de arrasto se origina puramente do atrito da pele no pacote de combustível. Mas o conjunto típico de combustível PWR contém outros componentes, que influenciam o sistema hidráulico do conjunto:

• Barras de combustível . As barras de combustível contêm o combustível e os venenos queimados.
• Bico superior . Fornece o suporte mecânico para a estrutura de montagem de combustível.
• Bico inferior . Fornece o suporte mecânico para a estrutura de montagem de combustível.
• Grade de espaçamento . Garante uma orientação exata das barras de combustível.
• Guie o tubo do dedal . Tubo vago para hastes de controle ou instrumentação interna.

Como foi escrito, o segundo componente da força de arrasto é o arrasto do formulário. O arrasto de forma conhecido também como arrasto de pressão surge devido à forma e tamanho do objeto. O arrasto de pressão é proporcional à diferença entre as pressões que atuam na frente e nas costas do corpo imerso e a área frontal.

Queda de pressão – Montagem de combustível

Em geral, a queda de pressão total do conjunto de combustível é formada pela queda de atrito do feixe de combustível (dependente da rugosidade relativa das barras de combustível, número de reynolds , diâmetro hidráulico etc.) e outras quedas de pressão dos elementos estruturais (bico superior e inferior, grades espaçadoras ou grades de mistura) )

Em geral, não é tão simples calcular as quedas de pressão nos conjuntos de combustível (especialmente as grades espaçadoras) e isso pertence ao know-how essencial de determinado fabricante de combustível. Principalmente, as quedas de pressão são medidas em laços hidráulicos experimentais , em vez de calculadas.

Os engenheiros usam o coeficiente de perda de pressão , CLP . Nota-se K ou ξ  (pronunciado “xi”). Este coeficiente caracteriza a perda de pressão de um determinado sistema hidráulico ou de uma parte de um sistema hidráulico. Pode ser facilmente medido em loops hidráulicos. O coeficiente de perda de pressão pode ser definido ou medido para tubos retos e especialmente para perdas locais (menores) .

Usando os dados do exemplo acima mencionado, o coeficiente de perda de pressão (apenas por atrito do tubo reto) é igual a ξ = f _D L / D _H = 4.9 . Mas o coeficiente geral de perda de pressão (incluindo grades espaçadoras, bocais superior e inferior etc.) é geralmente cerca de três vezes maior. Este PLC ( ξ = 4,9 ) faz com que a queda de pressão é da ordem de (usando as entradas anteriores) Ap _atrito = 4,9 x 714 x 5 ² /2 = 43,7 kPa (sem grelhas de espaçamento, de topo e bocais inferiores). O CLP real cerca de três vezes maior significa que o _combustível  Δp cerca de três vezes maior será.

A perda de pressão geral do reator, _reator Δp , deve incluir:

• descendente e fundo do reator
• placa de suporte inferior
• conjunto de combustível, incluindo grades espaçadoras, bocais superior e inferior e outros componentes estruturais –  Δp _fuel
• montagem da estrutura da guia superior

Como resultado, a perda de pressão total do reator –  Δp do _reator é geralmente da ordem de centenas de kPa (digamos 300 – 400 kPa) para parâmetros de projeto.