Comportamento termofluidodinâmico do gás refrigerante hélio em um canal típico de reator VHTGR de núcleo prismático.

Abstract

Os estudos atuais sobre o comportamento termofluidodinâmico do núcleo dos reatores VHTGR da 4ª geração são comumente desenvolvidos em análises 3-D em CFD (fluidodinâmica computacional) o que muitas vezes requer bastante tempo e complexos cálculos matemáticos para a realização destas análises. A proposta deste projeto é realizar a análise termofluidodinâmica do escoamento do gás refrigerante hélio num canal típico de reator VHTGR de núcleo prismático avaliando grandezas de interesse como temperatura, pressão e velocidade do fluido e a distribuição de temperaturas na parede do canal refrigerante, a partir do desenvolvimento de um código computacional em MATLAB considerando o escoamento no canal unidimensional, reduzindo assim significativamente o tempo de processamento dos cálculos. O modelo desenvolvido utiliza três diferentes referências para as propriedades físicas do hélio: expressões dadas pelo KTA (Comissão Alemã de Normas de Segurança Nuclear), a ferramenta computacional REFPROP e um conjunto de valores constantes para todo o canal. Com a utilização destas três referências é possível simular o escoamento tratando o gás tanto compressível como incompressível. Os resultados obtidos apresentaram valores para as grandezas de interesse bastante próximos e revelaram que não há diferenças significativas na utilização das diferentes referências utilizadas no projeto, uma outra conclusão importante a ser observada é a não dependência no comportamento termofluidodinâmico do hélio dos efeitos de compressibilidade do gás. O estudo também indicou que o gás não sofre efeitos severos devido à elevada variação de temperatura no canal, uma vez que este entra a 914 K e sai a aproximadamente 1263 K, o que afirma a excelente utilização do hélio como fluido refrigerante em canais de reatores VHTGR. A comparação dos resultados obtidos neste trabalho com outro existente na literatura serviu para confirmar a efetividade do método de consideração unidimensional do escoamento do gás no canal refrigerante em substituição à modelos realizados em 3-D, para a faixa de pressão e temperatura usadas no projeto, uma vez que os resultados obtidos foram praticamente os mesmos nas condições iguais de operação.