Efecto de la condensación en la estabilidad de un flujo bifásico

Abstract

Se ha desarrollado un modelo analítico unidimensional para el análisis lineal de oscilaciones de onda de densidad en un canal de ebullición y un lazo de circulación natural. Las secciones del calefactor y de la chimenea se dividieron en una región de una fase y otra región de dos fases. La región de dos fases fue representada por el modelo drift-flux. El modelo tiene en cuenta el deslizamiento entre fases y ebullición sub-enfriada. La fricción localizada a la salida del calefactor y de la chimenea se trata considerando la mezcla de dos fases. También fue modelado el efecto de la condensación en la chimenea y el la variación de la presión del sistema. Finalmente las ecuaciones del modelo fueron analizadas en el dominio frecuencial perturbando a primer orden alrededor del estado estacionario. Las características de estabilidad del canal de ebullición y el lazo fueron investigadas analizando los ceros de la ecuación característica. Se construyeron los mapas clásicos de estabilidad en el plano de número de subenfriamiento y el número de cambio de fase (i.e., el subenfriamiento de entrada y el flujo de calor adimensional). Las predicciones del modelo fueron comparadas con resultados experimentales publicados en la literatura abierta. Se encontró que el efecto de tratamiento de fricción localizada en mezclas de dos fases estabiliza el sistema y mejora el acuerdo de los cálculos con los resultados experimentales. Para un canal en ebullición sujeto a un salto de presión constante, el sistema se estabiliza al aumentar la fricción localizada a la entrada, reducir la fricción localizada a la salida baja, y aumentar el caudal. Para el circuito de convección natural, se encontró que los elementos estabilizantes son el aumento de la fricción a la entrada del núcleo, la reducción de la fricción a la salida, la disminución el nivel sobre la superficie del líquido, y el aumento de la condensación en la chimenea. Los resultados muestran que el modelo tiene buen acuerdo con los datos experimentales disponibles. En particular, los resultados muestran la importancia de considerar la condensación de chimenea y de corregir la fricción localizada debido a la presencia de la mezcla de dos fases. Estos efectos son más importantes para altas potencias y altos subenfriamientos de entrada. Para completar el trabajo, se analizó el comportamiento y la estabilidad del circuito primario del reactor CAREM-25. Se encontraron regiones de inestabilidad de caudal a bajas y altas potencias. En el rango de bajo flujo de calor, las tendencias del modelo de equilibrio térmico sin deslizamiento entre fases y el modelo de no equilibrio térmico con deslizamiento son similares, lo cual es razonable ya que el título es bajo. En el rango de alto flujo de calor, para el número de subenfriamiento y el número de cambio de fase, se encontró que los márgenes de estabilidad de los dos modelos se cortan en un punto, determinando dos regiones diferenciadas, de alto y bajo subenfriamiento. En la primera región, el modelo de equilibrio térmico predice un título más alto, lo cual resulta en condiciones más estables. En la segunda región, el modelo de equilibrio térmico predice menores longitudes de la zona de dos fases, lo cual resulta en condiciones más inestables. Para subenfriamientos de entrada y potencias intermedias, la velocidad de entrada al núcleo calculadas con el modelo de equilibrio térmico son menores, lo cual resulta en condiciones más estables. En general se encontró que los parámetros de control que mas aumentan la estabilidad del sistema son la fricción localizada a la entrada, la presión del sistema y la condensación de chimenea. Por el contrario, la fricción localizada a la salida inestabiliza el sistema