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.
É um exemplo ilustrativo, dados anteriores não correspondem a nenhum projeto de reator.
Exemplo: perda de pressão por atrito – pacote de combustível
Calcule a perda de pressão de 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 fator de atrito de Darcy
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 perda de pressão (somente friccional do tubo reto) é igual a ξ = f D L / D H = 4.9 .
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