Modelagem computacional da convecção natural no reator IEA-R1

Abstract

Este trabalho apresenta uma modelagem tridimensional da convecção natural no reator IEA-R1 utilizando-se o método de meios porosos com Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Dados experimentais de um transiente de parada de bomba foram utilizados para validação dos modelos. Este acidente foi escolhido devido à disponibilidade de dados experimentais de um teste realizado utilizando-se um Elemento Combustível Instrumentado. Duas técnicas de CFD foram utilizadas para modelar o acidente durante o procedimento de comparação com os resultados experimentais. Na primeira etapa, o transiente foi modelado por meio de um canal de combustível. Em seguida, um elemento combustível foi modelado utilizando a técnica de meios porosos com os dados obtidos na simulação de canal. Em ambos os casos, a queda de vazão no núcleo foi determinada com o código RELAP5. Na última etapa do trabalho, o modelo poroso do elemento combustível, CFD, foi utilizado para simular de forma integral o reator IEA-R1 em regime de convecção natural. As duas simulações transientes reproduziram satisfatoriamente os dados experimentais provenientes da literatura. Embora os modelos tenham respondido adequadamente em todo o transiente, observou-se que a temperatura de pico foi superestimada. O modelo de canal superestimou este pico em apenas 1,6ºC e o modelo de meio poroso em 10,5ºC. Apesar desta maior discrepância devido à simplificação do modelo, a técnica de meios porosos pode ser considerada viável e confiável para a simulação do núcleo de reatores nucleares de forma integral. O modelo integral do reator IEA-R1 em regime de convecção natural possibilitou analisar os perfis de velocidade e temperatura no reator e poderá ser utilizado para estudos futuros de acoplamento neutrônico e termo-hidráulico.