Simulación computacional en sistemas de alta transferencia de calor con aplicación en tecnología nuclear. - Godino, Dario Martin
El diseño de intercambiadores de calor y generadores de vapor (GV) utilizados en la industria nuclear se basan en gran medida en cálculos empíricos y en la experiencia obtenida durante muchos años de investigación. En este sentido, las correlaciones empíricas han permitido por décadas generar diseños confiables y robustos al asumir márgenes de seguridad que cubran las incertezas del cálculo. Aunque los cálculos globales garantizan el funcionamiento general e los equipos, difícilmente logren diseños óptimos. Un funcionamiento global aceptable puede enmascarar funcionamientos locales anormales que deriven en fallas o deterioro prematuro de los componentes. Cuando se trata de GV de centrales nucleares el problema se vuelva más complejo por las altas temperaturas y presiones de funcionamiento, como así también por ser componentes vitales del sistema de seguridad de la planta, al trabajar como sumideros de calor del reactor ante eventos de emergencia. Por ello, es fundamental aumentar la eficiencia y confiabilidad de estos equipos, críticos para las centrales nucleares. Un actor muy importante en el desarrollo de nuevas tecnologías es la mecánica de fluidos computacional (CFD); pese a las limitaciones que aún tiene, es de gran importancia para el diseño de equipos más eficientes y para su empleo como un laboratorio virtual para la simulación de experimentos que permitan definir nuevas correlaciones. Esta tesis presenta nuevas herramientas computacionales capaces de modelas los generadores a vapor utilizados en plantas nucleares, como así también otros equipos de alta transferencia de calor. Las herramientas desarrolladas se basan en el uso del modelo Euleriano de dos-fluidos, evaluando términos interfaciales y aplicando una estrategia de blending para considerar las diferentes reologías que se presentan en sistemas bi-fásicos. También se focaliza el estudio en la transferencia de calor y masa entre los circuitos primario y secundario de GV, utilizando un modelo de partición de flujo de calor y se implementa un modelo 3D para acoplar térmicamente múltiples regiones de flujos mono y multifásicos. A su vez se utilizan condiciones de borde dinámicas para simplificar regiones particulares del GV como son los separadores y secadores, el precalentador y el downcomer. Finalmente se realizan simulaciones CFD 0D-3D del estado estacionario y de transitorios para estudiar el comportamiento de este equipo en condiciones anormales. Los resultados se comparan contra un modelo computacional construido con el código del sistema RELAP, el cual es específico para la simulación de instalaciones nucleares.