Ydinreaktorin painesäiliön ulkoisen jäähdytyksen lämmönsiirtokokeita

The purpose of this work was to design and carry out thermal-hydraulic experiments dealing with overcooling transients of a VVER-440-type nuclear reactor pressure vessel. Sudden overcooling accident could have negative effect on the mechanical strength of the pressure vessel. If part of the pressure vessel is compromised, the intense pressure inside a pressurized water reactor could cause the wall to fracture. Information on the heat transfer along the outside of the pressure vessel wall is necessary for stress analysis. Basic knowledge of the overcooling accident and heat transfer types on the outside of the pressure vessel is presented as background information. Test facility was designed and built based to study and measure heat transfer during specific overcooling scenarios. Two test series were conducted with the first one concentrating on the very beginning of the transient and the second one concentrating on steady state heat transfer. Heat transfer coefficients are calculated from the test data using an inverse method, which yields better results in fast transients than direct calculation from the measurement results. The results show that heat transfer rate varies considerably during the transient, being very high in the beginning and dropping to steady state in a few minutes. The test results show that appropriate correlations can be used in future analysis.

Tämän työn tarkoituksena oli suunnitella ja toteuttaa VVER-440-tyyppisen ydinreaktorin painesäiliön ulkoista ylijäähtymisonnettomuutta koskevia lämmönsiirtokokeita. Äkillinen ylijäähtyminen saattaisi heikentää painesäiliötä siinä määrin, että painevesireaktorin sisäinen paine murtaisi painesäiliön seinämän. Kestävyysanalyysin kannalta on olennaista tietää kuinka tehokasta lämmönsiirto painesäiliön ulkopinnalla on. Työssä annetaan perustiedot ylijäähtymisonnettomuudesta ja lämmönsiirrosta painesäiliön ulkopinnalla. Laitoskuvauksen perusteella suunniteltiin ja rakennettiin koelaitteisto, jolla on mahdollista tutkia ja mitata lämmönsiirtoa tiettyjen ylijäähtymistilanteiden aikana. Kokeet suoritettiin kahdessa osassa, joista ensimmäinen keskittyi transientin alun tarkkaan kuvaamiseen ja jälkimmäinen stationaaritilan lämmönsiirron tutkimiseen. Kokeista saatujenmittaustietojen perusteella laskettiin lämmönsiirtokertoimia eri tilanteissa. Laskuissa käytettiin inversiomenetelmää, jolla saavutettiin suoraa laskentaa parempi aikaerottelu ja häiriöttömämpi tulos. Tulosten perusteella lämmönsiirto on erittäin voimakasta transientin alussa, mutta vähenee merkittävästi muutamassa minuutissa. Koetulokset antavat varmuutta käyttää sopivia korrelaatioita tulevaisuuden laskelmissa.