Simulation of Marviken two-phase critical flow tests

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Date

2021-06-14

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

45 + 13 + 16

Series

Abstract

The aim of this thesis was to examine the recently updated critical flow calculation in the Apros program by comparing the predictions of different critical flow models to empirical data. A model of Marviken Critical Flow Test facility was created with the Apros program, and a total of 26 blowdown experiments were simulated. The tested nozzle geometries varied in diameter and length in range representative of the primary circuit of a typical water-cooled nuclear reactor. Moody and Henry-Fauske critical models with local average pressure and stagnation pressure were compared with experimental data. The Henry-Fauske model consistently predicted higher flow rates than the Moody model. Taking dynamic pressure into account also increased the estimated flow rates. Subcooled flow was more accurately predicted than saturated. The recommended values for grid density and time-step length were adequate and no significant increase in accuracy could be achieved by differing from them. Heat transfer between the fluids and the pressure vessel had no effect on the results. The results suggest Henry-Fauske model with stagnation pressure the recommendable option when underprediction must be strictly avoided. For best estimate calculation, the models of Henry-Fauske with static pressure and Moody with stagnation pressure seem more accurate.

Tämän työn tarkoituksena oli tarkastella hiljattain päivitettyä kriittisen virtauksen laskentaa Apros-ohjelmalla vertailemalla eri laskentamalleilla saatuja tuloksia kokeelliseen dataan. Marvikenin kriittisen virtauksen koelaitos mallinnettiin Apros-ohjelmalla, ja sillä simuloitiin 26 ulospurkauskoetta. Marvikenin kokeissa oli käytetty pituudeltaan ja läpimitaltaan erilaisia suukappaleita, joiden mitat vastasivat tyypillisen vesijäähdytteisen ydinreaktorin primääripiiriä. Moody- ja Henry-Fauske -kriittisen virtauksen mallien ennusteita sekä stagnaatiopaineen että keskimääräisen paineen avulla laskettuna verrattiin Marvikenin koetuloksiin. Henry-Fauske-malli ennusti järjestelmällisesti korkeampia massavirtoja kuin Moody, ja dynaamisen paineen huomiointi niin ikään kasvatti ennustettua massavuota. Virhe simuloidun ja mitatun massavuon välillä oli sitä suurempi, mitä lähempänä täysin kylläistä vettä alkutila oli. Laskennassa käytetyn hilan tiheyden ja aika-askeleen suositelluista arvoista poikkeamalla ei saavutettu merkittävää parannusta tarkkuudessa. Lämmönsiirrolla paineastian ja fluidien välillä ei ollut vaikutusta tuloksiin. Tulosten perusteella Henry-Fauske –malli stagnaatiopaineella vaikuttaa sopivimmalta, kun virtauksen aliarviointia on vältettävä. Parhaan arvion (best estimate) laskentaan Moody-malli stagnaatiopaineella ja Henry-Fauske staattisella paineella vaikuttavat soveltuvan paremmin.

Description

Supervisor

Vuorinen, Ville

Thesis advisor

Kurki, Joona

Keywords

critical flow, chocked flow, two-phase flow, simulation, Marviken CFT, nuclear safety

Other note

Citation