Ydinvoimalan paineakun mallinnus

Tässä työssä on käytetty VTT:n ja Fortumin kehittämääAPROS simulaatio-ohjelmistoa vesi-ilma -täytteisen paineakun käyttäytymisen tutkimiseen. Tavoitteena oli tarkastella APROSin paineakkumallin käyttäytymistä alhaisessa lämpötilassa käyttäen 6-yhtälömallia sekä rakentaa vaihtoehtoiseksi laskentamenetelmäksi kaksi analyyttistä laskentamallia korvaamaan APROSin sisäinen laskenta. Kyseiset analyyttiset mallit ovat isentrooppinen ja isoterminen ja ne on rakennettu kokonaan käyttäen APROSin omia moduuleja. Työ sisältää APROSin version 5.06 sekä työn aikana kehitetyn kehitysversion vertailut eri alkulämpötiloista alkaneissa paisunnoissa, vertailun Pactelin purkaus¬kokeesta saadulla massavirralla sekä osion, jossa analyyttiset mallit on yhdistetty kokonaiseen Pactelin APROS-malliin. Myös purkauksen kulkeutumista primääripiirissä on tarkasteltu. Simulaatiot vahvistavat, että versiolla 5.06 on vaikeuksia paineen laskennassa, kun paisunnan alkulämpötila on alle 30 ºC. Kehitysversiossa painekäyttäytyminen on selvästi parantunut, mutta versio kärsii ongelmista, jotka liittyvät kaasun lämpötilan painumiseen APROSin sisäisten rajoitusten alapuolelleja tätä kautta ongelmiin materiaali¬ominaisuuksien ennustamisessa. Tämän johdosta APROSin kehitysversio päätyy erilaisiin tuloksiin myös tilanteissa, joissa alkuperäinen 5.06 ei kärsi alhaisen lämpötilan ongelmista. Analyyttisistä malleista isentrooppinen malli päätyy antamaan säännönmukaisesti muita malleja ja versioita alempia paineita. Isoterminen malli sen sijaan näyttää päätyvän version 5.06 kanssa melko samankaltaisiin tuloksiin. On kuitenkin muistettava, että kummatkin analyyttiset mallit olettavat kaasun olevan kuivaa ja jättävät massasiirron faasien välillä kokonaan huomiotta.

The simulations of this Master's thesis have been done with the APROS simulation software, developed by VTT and Fortum. The objective was to study the behaviour of pressure accumulator using the APROS 6-equation model and to build two analytic models as an alternative calculation method. The analytic models at issueare isothermal and isentropic and they are built only with using internal APROSboundary condition modules. This study will compare the existing APROS version 5.06 to an in-development version and to the previously mentioned analytic models. The comparisons include discharges from 10, 20 and 30 ºC starting temperatures to a constant 1 bar boundary condition, discharges with mass flow obtained from Pactel test runs and also an implementation of analytic models into a full Pactel APROS-model. Also the destination of discharged water is examined. The results verify that version 5.06 has troubles calculating the correct pressures when starting temperature is below 30 ºC. The in-development version has clearly improved the pressure behaviour in simulations that start from very low temperatures but it has gained problems related to gas temperature reaching too low levels and therefore leading to problems with material properties interpolation. As result the in-development version sometimes ends up in rather irregular pressure results even with conditions that produce no problems for original version 5.06. The isentropic model ends up giving regularly lower pressures than the other compared versions and models whereas the analytic isothermal model proves to be a moderate estimation of the original version 5.06. However, it has to be noted that the analytic models, developed in this Master's thesis, do not take into account the mass transfer phenomena which would be present in every real life expansion situation.