CAP 7
LA PREVISIONE DELLA DEPOSIZIONE ATTRAVERSO L’IMPIEGO DEL CODICE NUMERICO FLUENT
7.1 OBBIETTIVI DELL’ATTIVITA’
L’impiego di un codice di calcolo CFD normalmente impiegato per previsioni di fluidodinamica si è reso necessario per individuare una metodologia che permetta di individuare all’interno di un impianto le zone di maggior deposizione. Il codice di calcolo che è stato impiegato è il codice commerciale di largo impiego quale il Fluent 6.3 [34], [35].
L’impiego del codice di calcolo è stato sviluppato tenendo in considerazione le indicazioni comunque presenti in letteratura e riportate in bibliografia [28], [32].
Le necessità di previsione sono legate essenzialmente alla individuazione di tipo qualitativo della deposizione: il raggiungimento di livelli precisione di maggior dettaglio risulterebbe ai fini della presente attività poco utile in quanto a fronte di un aggravio delle condizioni di in funzione del fatto che l’impianto PHADEC non permette trattamenti di sezioni di piccole dimensioni se non con l’aumento di sezionature e tagli che andrebbero a complicare e aggravare economicamente l’attività di pulizia delle linee.
Viceversa una indicazione dei valori di deposizione e successiva previsione dei valori di attività permette di individuare le aree più critiche e quindi di intervenire in modo mirato sui punti critici ottimizzando sia i tempi di trattamento che la quantità di rifiuto contaminato prodotto.
7.2 ATTIVITA’ SVOLTA
L’attività svolta è stata quella di valutare le previsioni di deposizione prodotte dal codice FLUENT per entrambi i componenti A e B già studiati sperimentalmente nel capitolo precedente. La conoscenza dei dati di attività superficiale misurata sperimentalmente ha permesso di fare le prime valutazioni in merito alla capacità del codice di prevedere almeno a livello qualitativo la modalità di deposizione delle particelle contaminate.
7.3 DATI DI IMPUT IMPIEGATI PER LA SIMULAZIONE
Il codice CFD permette di fare delle modellizzazioni della fluidodinamica interne a linee costruite e modellate con un apposito software che nel caso delle prove fatte è stato impiegato il GAMBIT. Il Fluent permette di inserire all’interno del modello un termine sorgente (injection) con cui sono
simulati i trasporti di particelle. Il codice permette di simulare tramite funzione interna gia inplementata (UFD accretion) la deposizione delle particelle all’interno della linea. Tale funzione garantisce che si verifichino fenomeni di accrescimento quando la velocità normale delle particelle è di fatto superiore ad un valore minimo. Oltre a questo i fenomeni di accrescimento sono determinati anche dai coefficienti di riflessione (normale e tangenziale) introdotti per la definizione dell’elemento parete
Fluidodinamica
Per la simulazione della fluidodinamica è stato fatto riferimento al modello k-ε.
Elemento parete
Per l’elemento parete sono stati definiti i coefficienti della funzione polinomiale dell’angolo di impatto della particella. Tale angolo viene richiamato all’interno della funzione di accrescimento definita all’interno del codice. I dati introdotti e riportati in allegato sono stati ricavati da bibliografia e sono relativi a particelle metalliche di dimensioni confrontabili con quelle ipotizzate all’interno delle linee.
Caratteristiche della componente di sorgente inserita all’interno del codice di calcolo
I dati del flusso di contaminante inseriti all’interno del codice sono stati determinati sulla base delle considerazioni riportate all’interno del capitolo 4. Tali dati di fatto costituiscono i parametri costituenti l’injection dato di input alla simulazione mediante codice fluent e sono riportati all’interno della seguente tabella:
caratteristiche varie fluidi curva (inseriti nella simulazione)
temp vap °C PressioneBAR
Diametro m Portata kg/h Densità kg/m3 Portata m3/h velocità m/s
280 7,330E+01 0,90 1,31E+06 36,5 3,59E+04 3,92277
numero di particelle / m3 numero di particelle / h peso medio particella kg portata di particelle kg/s
1E+13 3,592E+17 2,51E-17 2,51E-03
Oltre alle sollecitazioni determinate dal flusso, le singole particelle sono soggette anche all’azione della forza di gravità opportunamente orientata in funzione della posizione della linea durante l’esercizio dell’impianto.
7.4 ANALISI DELLA DISTRIBUZIONE DELLA CONTAMINAZIONE IN LINEA ALL’INTERNO DEL SISTEMA N11
Per i componenti del sistema N11 che sono stati analizzati sperimentalmente e sono stati caratterizzati con misure dirette della densità di attività sono stati modellati con il codice Fluent.
Accretion lungo asse x
Componente A 0,000E+00 2,000E+00 4,000E+00 6,000E+00 8,000E+00 1,000E+01 1,200E+01 1,400E+01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Posizione lungo la tubazione
A tt iv it à s u p er fi c ia le ( B q /c m 2 ) esterno sup eriore inferiore interno
Dal confronto tra i dati sperimentali e quelli ottenuti tramite codice di calcolo si evidenzia:
1. Il Codice di calcolo tende a prevedere valori di acrretion complessivamente maggiori nel secondo quarto della curva (rispetto alla direzione del flusso).
9 8 7 6 4 3 2 1 5 R901 ,5 6 1 5 5 3 5
internal meridian
external meridian
lower meridian
2. Le misure sperimentali effettuate evidenziano valori di attività maggiori nel secondo quarto della curva rispetto alla direzione del flusso con valori più importanti in corrispondenza della fascia interna della tubazione. Un livello di attività importante è stato rilevato anche in corrispondenza dell’ingresso curva sul fondo della curva.
0,000E+00 2,000E+00 4,000E+00 6,000E+00 8,000E+00 1,000E+01 1,200E+01 1,400E+01 0 5 10 15 20
Posizione lungo la tubazione
A tt iv it à s u p e rf ic ia le ( B q / cm 2 ) superiore inferiore
Dalla analisi qualitativa è possibile ricavare quanto segue:
1. La deposizione maggiore prevista dal codice si concentra in gran parte nell’area della discontinuità della tubazione (area dell’attacco del T e zone immediatamente a valle rispetto alla direzione del flusso)
2. I dati sperimentali del campionamento e conteggio della linea evidenziano un incremento sia sulla generatrice inferiore che quella superiore della tubazione nell’area della fascia da 5 a
Ø54 0 825 1111 2222 3333 4444 5555 6666 7777 8888 9999 1 0101010 1 1111111 1 2121212 1770 8 6 6 9 0 0 270 1620 upper generatrix lower generatrix
11 coincidente anche in questo caso con l’area della discontinuità della tubazione (area dell’attacco del T e zone immediatamente a valle rispetto alla direzione del flusso)
Dal punto di vista quantitativo i dati massimi di materiale depositato previsti dal codice sono dell’ordine di 0,006 kg/m2s che corrisponde a
Questo significa che nella realtà solo una parte molto modesta di tutto il materiale che nel ciclo dell’impianto tende ad accumularsi in un dato punto nella realtà si fissa in modo stabile. Dalla comparazione tra il materiale realmente misurato e quello prevedibile dal codice è presente un fattore di circa 10000.
7.5 CONFRONTO TRA I DATI SPERIMENTALI E QUELLI OTTENUTI DALLA PREVISIONE DEL CODICE CFD
L’obbiettivo dell’attività svolta è quello di determinare se la previsione di accretion sulla linea prevista tramite l’applicazione di un codice commerciale è in qualche modo correlabile con i dati misurati sperimentalmente. In ogni caso è necessario sottolineare che il codice determina l’accretion determinata da un flusso di particelle (contenenti comunque particelle contaminate e particelle radiologicamente ‘inerti’) mentre le misure sperimentali sono relative alla misura di attività superficiale determinate da sola contaminazione di cobalto.
L’obbiettivo è di valutare se la tendenza complessiva dei risultati è confrontabile (almeno per quanto riguarda i dati qualitativi) con i dati ottenuti sperimentalmente e in generale dalla caratterizzazione dell’impianto: questo con scopo di poter impiegare il codice quale strumento di previsione della contaminazione interna alle linee.
Le analisi di queste due casi del sistema N11 permettano di mettere in evidenza quanto segue:
1. L’andamento qualitativo generale della previsione del codice è in buona parte rispettato dai dati ottenuti con le misure sperimentali effettuate.
2. Mentre i valori medi risultano in gran parte rispettati rispetto ai dati sperimentali, localmente si registrano variazioni che in alcuni casi non risultano congruenti con i dati sperimentali
3. La previsione del modello risulta più affidabile per le zone della linea in cui non si hanno forti discontinuità geometriche e di flusso: in questi casi i risultati sembrano essere piuttosto divergenti
Inoltre sono stati valutati i rapporti tra i valori di accretion determinati dal codice in termini di Kg/m2s e i dati di attività misurati in Bq/cmq
La ragionevole ipotesi che può essere fatta nell’ambito della definizione della correlazione tra deposizione e attività misurata del cobalto è che tra le due grandezze esista un fattore di proporzionalità determinato dall’ipotesi di flussi di particelle attivate costanti durante la vita attiva del reattore e da un coefficiente di ritenzione all’interno dello strato ossidato presente nella parte interna della tubazione.
I dati ottenuti confermano che la previsione del codice permette di fare una buona valutazione qualitativa escludendo condizioni di discontinuità importante per le quali l’affidabilità non risulta particolarmente elevata.
Per la valutazione quantitativa e per determinate fattori di correlazione è però necessario condurre una campagna di prove specifica.
