شبیه سازی اثر انفجار بر روی سازه راکتور هسته ای با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)

• خدمات

اخیرا مقاله جالبی به چشمم خورد که اثر انفجار بر روی راکتور هسته ای را به کمک روش دینامیک ذرات هموار یا SPH بررسی کرده بود. نویسندگان این مقاله از دانشگاه سئول هستند. محفظه راکتور APR1400 در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اسنت. راکتور هسته‌ای از نوع راکتور آب‌سبک آب فشرده پیشرفته با ظرفیت تولید ۱۴۰۰ مگاوات که توسط شرکت برق کره (KEPCO) طراحی شده‌است.

خلاصه مقاله

به طور خلاصه این مقاله به ارائه یک روش یکپارچه بر اساس روش هیدرودینامیک ذرات هموار (Smoothed Particle Hydrodynamics) برای تجزیه و تحلیل انتشار موج شوک و اثرات آن بر روی سازه های راکتور هسته ای در حین انفجار بخار داخلی می‌پردازد.

این روش قادر است به طور یکپارچه اندرکنش سازه و سیال را محاسبه کند. نتایج این روش با مشاهدات آزمایشگاهی و رروشهای تحلیلی برای مسائل گوناگون از جمله موج ضربه یک بعدی، انفجار زیر آب در لوله‌های صلب و قابل انعطاف، و ضربه با سرعت بالا بر روی فلز و بتن مقایسه شده است تا اعتبار آن تأیید شود. سپس، این روش برای شبیه‌سازی انفجار بخار در محفظه رآکتور هسته‌ای مورد استفاده قرار گرفته است تا ویژگی‌های انتشار موج و تأثیر آن بر روی سازه بررسی شود.

چرا شبیه سازی؟!

هدف این مقاله ارائه یک روش قوی و یکپارچه و توسعه کدی برای مدل‌سازی تعاملات پیچیده در سازه های حساسی مثل راکتور هسته ای است که به‌طور قابل‌توجهی به ایمنی در برابر حوادث انفجار بخار کمک کند. تجهیزاتی که حساسیت بالایی از نظر ایمنی دارند باید تحت شدیدترین استانداردهای ممکن طراحی، تعمیر و نگهداری شوند. درک کامل رفتار آنها تحت تمام، تاکید می کنم، تمام شرایط احتمالی بسیار واجب و حیاتی است.

برای انجام پروژه ها و منتورینگ میتوانید از طریق ایمیل : info@BanuMusaGr.com و شماره : 35424520– 51 (98+) و 388 20 55 0915، با ما در ارتباط باشید .

انفجار بخار در راکتور هسته ای چگونه اتفاق می افتد؟!

انفجارهای بخار در حوزه هسته‌ای بسیار مهم هستند زیرا می‌توانند به طور جدی بر ایمنی رآکتور و یکپارچگی سیستم‌های مهار در طول حوادث شدید تأثیر بگذارند. هنگامی که کوریم مذاب با آب خنک‌کننده تماس پیدا می‌کند، انتقال حرارت شدید و سریع می‌تواند منجر به یک انفجار بخار شود که باعث ایجاد امواج شوک با فشار بالا و آسیب‌های ساختاری بالقوه می‌شود. چنین انفجارهایی خطر جدی به همراه دارند، زیرا می‌توانند سیستم‌های اولیه مهار رآکتورهای هسته‌ای را به خطر بیندازند و منجر به انتشار مواد رادیواکتیو به محیط شوند. از این رو، درک و کاهش آسیب‌های ساختاری احتمالی ناشی از انفجارهای بخار برای اطمینان از ایمنی نیروگاه‌های هسته‌ای ضروری است.

نرم افزارهای مشابه

اغلب تحقیقات سابق در این حوزه بر این مبنا بوده است که بارهای فشاری گذرا به کمک نرم افزارهای CFD یا کدهای هیدرودینامیکی محاسبه شده و سپس این بارهای فشاری در تحلیل های سازه ای به کمک روش اجزا محدود FEM بکار گرفته می شدند. به طور مثال، نرم افزار CFX برای محاسبه فشار و نرم افزار اباکوس یا LS-Dyna برای محاسبات سازه ای و تحلیل خرابی مورد استفاده قرار می گیرد.

نرم افزارهایی مثل TEXAS-V و TRACER-II به منظور بدست آوردن تاریخچه فشار انفجار در برخی تحقیقات مشابه مورد استفاده قرار گرفته است.

صحت سنجی، اعتبارسنجی و مدل های مواد

در این مقاله برای اعتبارسنجی و سنجش کارایی کد از مدل های زیر استفاده شده است.

موج ضربه یک‌بعدی: شبیه‌سازی و مقایسه نتایج با داده‌های تجربی برای تأیید دقت مدل در شرایط ساده.

انفجار زیر آب (UNDEX) در لوله‌های صلب و قابل انعطاف: ارزیابی عملکرد مدل در شرایط واقعی‌تر و پیچیده‌تر.

ضربه با سرعت بالا بر روی فلز و بتن: بررسی رفتار مواد تحت شرایط بارگذاری شدید.

مدل‌های مواد که برای شبیه‌سازی انفجار بخار در محفظه رآکتور هسته‌ای استفاده شده شامل:

• مدل‌های مختلف معادله حالت (EOS): برای توصیف رفتار مواد مختلف مانند آب مثل Tait EOS در شرایط انفجار.
• مدل آسیب پلاستیسیته بتن یا Concrete Damage Plasticity (CDP) برای پیش بینی خرابی بتن و
• مدل جانسون کوک برای شبیه سازی رفتار پلاستیک و آسیب فولاد در این تحقیق استفاده شده است

این مدل‌ها به‌منظور درک بهتر دینامیک انفجار و تأثیر آن بر سازه‌های رآکتور طراحی شده‌اند و به اعتبارسنجی روش SPH کمک می‌کنند.

روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)

روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، یک روش مبتنی بر ذرات است. به کمک این روش می‌توان با تمرکز بر شبیه‌سازی یکپارچه انتشار موج شوک و محاسبات سازه، چالش هایی که پیش روی تحلیل های انفجار است را برطرف کند.

انتشار موج شوک، عامل حیاتی در درک آسیب سازه است و SPH مزایای قابل توجهی برای این نوع شبیه‌سازی فراهم می‌کند. برخلاف روش‌های مبتنی بر مش سنتی، SPH به مش از پیش تعریف‌شده نیاز ندارد و به طور ذاتی برای کنترل اندرکنش سیال-سازه و تغییر شکل‌های بزرگ مانند انفجارها و ترک‌ها مناسب است.

این روش بدون مش مشکلات مربوط به اعوجاج مش و مش‌گذاری مجدد را از بین می‌برد و از این رو پایداری تحلیل عددی و امکان‌پذیری شبیه‌سازی‌های عددی پیچیده را افزایش می‌دهد. اگرچه SPH و روش‌های دیگر مبتنی بر ذرات در ابتدا به دلیل کارایی محاسباتی پایین‌تر در مقایسه با روش‌های مبتنی بر مش کمتر ترجیح داده می‌شدند، اما پیشرفت‌های فناوری محاسباتی، به ویژه توسعه واحدهای پردازش گرافیکی (GPU)، عملکرد محاسباتی آن‌ها را به طور قابل توجهی بهبود داده و آن‌ها را برای توسعه یک چارچوب محاسباتی یکپارچه که می‌تواند به طور یکپارچه تحلیل سیال و سازه را ادغام کند، به‌طور فزاینده‌ای مناسب ساخته است.

جمع بندی این مقاله

به طور کلی این مقاله، تحقیقات خوبی انجام داده است و می تواند برای توسعه کدهای محاسباتی، صحت سنجی و اعتبارسنجی، با توجه به داده های مناسبی که ارائه داده، مورد توجه قرار گیرد. اگر سئوالی در رابطه با مقاله راکتور هسته ای و یا پروژه های خود داشتید در پایین صفحه کامنت بگذارید و تلاش میکنیم در اسرع وقت پاسخ بدهیم .

خدمات و منتورینگ بنوموسی

شرکت بنوموسی با ارائه جلسات منتورینگ آباکوس راهنمای شما عزیزان در جهت رفع و بهبود ایرادات فنی و مهندسی پروژه های صنعتی و دانشجوی تان در زمینه مدل‌سازی، تحلیل، و صحت‌سنجی نتایج می باشد. این جلسات به صورت آنلاین و حضوری برگزار می‌شود و نیم ساعت اول رایگان است. برای اطلاعات بیشتر و رزرو وقت، از صفحه منتورینگ اباکوس ما دیدن کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره رایگان، لطفاً با ما تماس بگیرید یا از وب‌سایت Banumusagr بازدید کنید. تیم ما آماده است تا شما را در دستیابی به نتایج مطلوب در تحلیل‌های عددی و شبیه‌سازی‌های مهندسی یاری کند.

راه های ارتباطی با شرکت بنوموسی :

TELEGRAM : https://t.me/BanuMusaGr

ایمیل: info@BanuMusaGr.com

تلفن همراه:  388 20 55 0915

تلفن:  35424520– 51 (98+)

آدرس: مشهد – کیلومتر 12 بزرگراه آسیایی (جاده قوچان)- جاده شهرک صنعتی توس- شهرک فناوری صنایع غذایی و بیوتکنولوژی شمال شرق- معاونت صنایع کوچک- مرکز خدمات.

سایت اصلی نرم افزار آباکوس