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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Wilton Fogaça da Silva Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Piqueira, José Roberto Castilho (Presidente)
Melo, Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e
Andrade, Bernardo Luis Rodrigues de
Título em português
Uma nova técnica para contenção de acidentes em reatores nucleares de água pressurizada.
Palavras-chave em português
Piscinas
Reatores nucleares
Transferência de calor
Resumo em português
Durante um acidente em uma usina nuclear, a integridade do vaso pressurizado deve ser assegurada. Em resposta a um possível derretimento do combustível nuclear, a atual geração de usinas possui um sistema para a injeção de água potável na cavidade do vaso pressurizado com intuito de resfriar sua parede, prevenindo danos a sua estrutura e evitando o vazamento de material radioativo. Esse estudo considerou o uso de água marinha como refrigerante para inundar a cavidade do vaso pressurizado combinado com a fixação de um estrutura porosa em forma de grade em sua parede externa como meio de aprimorar a margem de segurança durante a contenção de acidentes. Experimentos de longa duração para a ebulição em piscina de água marinha artificial foram conduzidos em uma superfície circular de cobre plana com 30 mm de diâmetro. Foi encontrado um fluxo de calor crítico de 1; 6 MW/m2 sob pressão atmosférica. Esse valor é significantemente maior que aquele obtido (1; 0 MW/m2) nas mesmas condições experimentais. Foi verificado que os depósitos de sais marinhos podem aumentar a molhabilidade e a capilaridade da superfície de teste, aprimorando assim o fluxo crítico. Combinando a água marinha e a fixação da estrutura porosa sobre a superfície de teste, verificou-se um melhora no coeficiente de transmissão de calor e no fluxo de calor crítico de até 110 % (2; 1 MW/m2), quando comparado a água destilada na superfície limpa, sem a instalação da estrutura. Após os experimentos, foi identificado que muitos dos poros presentes nas superfícies da estrutura porosa encontravam-se bloqueados devido ao aglutinamento de sais marinhos. Isso levou a conclusão que o aumento no valor do fluxo crítico observado para a água marinha artificial ocorreu devido, principalmente, a separação das fases líquida e gasosa do fluido na região próxima a superfície de teste, efeito proporcionado pela forma de grade da estrutura porosa, e ao aumento da molhabilidade e capilaridade da superfície devido a formação dos depósitos marinhos.
Título em inglês
A novel technique for in-vessel retention in a pressurized water reactor.
Palavras-chave em inglês
Critical heat flux
In-vessel retention
Nuclear reactors
Saturated pool boiling
Seawater
Resumo em inglês
During a severe nuclear power plant accident, the integrity of the reactor pressure vessel must be assured. In response to a possible fuel meltdown, operators of the current generation of nuclear power plants are likely to inject water into the reactor pressure vessel to cool down the reactor vessel wall, preserving its integrity and avoiding leakage of radioactive material. This study considers the use of seawater to flood a reactor pressure vessel combined with the attachment of a honeycomb porous plate (HPP) on the vessel outer wall as a way to improve the safety margins for in-vessel retention of fuel. In long-duration experiments, saturated pool boiling of artificial seawater was performed with an upward-facing plain copper heated surface 30 mm in diameter. The resulting value for critical heat flux (CHF) was 1; 6 MW/m2 at atmospheric pressure, a value significantly higher than the CHF obtained when the working fluid was distilled water (1; 0 MW/m2). It was verified that sea-salt deposits could greatly improve surface wettability and capillarity, enhancing the CHF. The combination of artificial seawater and an HPP attached to the heated surface improved the boiling heat transfer coefficient and increased the CHF up to 110% (2; 1 MW/m2) as compared to distilled water on a bare surface. After the artificial seawater experiments, most of the wall micropores of the HPP were clogged because of sea-salt aggregation on the HPP top and bottom surfaces. Thus, the CHF enhancement observed in this case was attributed mainly to the separation of liquid and vapor phases provided by the HPP channel structure and improvement of surface wettability and capillarity by sea-salt deposition.
 
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Data de Publicação
2018-04-11
 
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