Kaynar sulu nükleer raktörlerde eksenel akı modlarının termalhidrolik kararsızlıklarla etkileşmesi

Abstract

Kaynar sulu reaktörlerdeki kaynama olayı kararlılık açısından bu sistemlerin zayıfnoktasını oluşturur. Nötronik ile kuple olan termalhidrolik olaylar problemi dahakarmaşık yapar. Genelde BWR karasızlıkları güç salınımlarının şekline göre globalve yerel (zıt-fazlı) olarak sınıflandırılırlar. Güncel reaktör kodları ile kararsızlıkvakaları iyi bir şekilde simüle edilebilmektedir; ancak olayın fiziksel yorumundaanalitik modeller daha yararlı olmaktadır. Reaktör kararlılık analizi için önerilenen eski modellerden biri paralel kanal kararsızlığıdır;bu isim uygulanan hidroliksınır koşullarından kaynaklanır, ve global kararsızlık analizinde kullanılabilir. Buçalışmada sözü edilen model, temel akı moduna birinci harmoniği de ilave ederekgeliştirilmiş, böylece yeni bir kararsızlık modu önerilmiş ve analiz edilmiştir.Çalışma hem zaman ekseninde lineer olmayan denklemlerle, hem de frekansekseninde lineerleştirilmiş denklemlerle yürütülmüştür. Termohidrolik içinhomojen termodinamik denge modeli denklemleri kullanılmıştır. Modal noktakinetik denklemler kaynama sınırının hareketinden geri besleme almaktadırlar.Sonuçlar eksenel harmonik modun ilavesinin sistemin kararlılık haritasında kararlıolduğu bölgeyi daralttığını göstermiştir.Anahtar Kelimeler: BWR kararlılığı, zıt fazlı güç salınımları, modal kinetikdenklemler, nötron akı harmonikleri.Bilim Dalı Sayısal Kodu: 622.01.01

Existence of nonuniform boiling phenomenon in boiling water reactors makesthese systems susceptible to instabilities. Furthermore neutronics coupled withthermal-hydraulics may aggravate the problem. Customarily, BWRinstabilities are classified as global and local(out-of-phase) according to thespatial dependency of the power fluctuations. Present numerical codes cansimulate these instabilities rather well on event basis; but more generalphysical insight can be gained readily through analytical modeling. One of theearliest models applied to the problem is the parallel channel instability socalled because of the applied hydraulic boundary conditions, which is used toaccount for global instability. In this work that model is extended by includingthe effect of the first axial harmonic of the fundamental flux mode, and hence anew type of instability is proposed and studied. Analysis is performed bothwith nonlinear equations in time domain and linearized equations in frequencydomain. Thermal-hydraulics is represented with two-phase homogeneousequilibrium model equations. The motion of the boiling boundary explicitlyfeeds back to the modal point kinetics equations. The results clearly indicatethat the inclusion of the axial flux harmonic narrows the region of stability onthe appropriate parameter spaceKeywords: BWR stablity, out-of-phase power oscillations, modal kineticsequations, neutron flux harmonics.Science Code: 622.01.01