Desenvolvimento de um modelo geométrico detalhado para a modelagem termoidráulica de sistemas nucleares, do tipo leito de bolas

Abstract

A tecnologia VHTR (do inglês Very High Temperature Reactor, Reator de Temperatura Muito Elevada) representa o próximo estágio na evolução dos reatores HTGR (do inglês High Temperature Gas-Cooled Reactor, Reator de Alta Temperatura Refrigerado a Gás). Moderados a grafite e refrigerados a hélio, os sistemas VHTRs podem ser usados para a cogeração de calor e de eletricidade com temperaturas de saída entre 700 e 950 ºC, e potencialmente com mais de 1.000 ºC no futuro. A temperatura do combustível durante toda a operação do reator é um aspecto muito importante para a segurança dos reatores nucleares, no projeto deseja-se que seja menor que um valor limite para garantir a integridade dos materiais do elemento combustível evitando a liberação de produtos de fissão. O TADSEA (Transmutation Advanced Device for Sustainable Energy Applications) é um VHTR do tipo leito de bolas, projetado para atingir uma queima profunda dos elementos transurânicos, a produção colateral de energia e a obtenção de altas temperaturas para produzir hidrogênio. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a análises termoidráulica do núcleo de reatores do tipo leito de bolas de muito alta temperatura, baseada no uso de uma abordagem realística com um código de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Inicialmente, usando o modelo realístico da coluna com altura inteira do reator HTR-10 com células FCC e BCC, foram comparados os resultados obtidos com dados experimentais e de simulação para a primeira tarefa de referência do HTR-10 disponibilizados pela IAEA (2013) para validação do modelo. No reator TADSEA, foram comparados resultados dos projetos inicial e atual do núcleo com uma coluna com a altura completa do reator na região de maior potência. A partir dos resultados o projeto inicial não tem margem de segurança suficiente para casos de perda de refrigerante. Nas simulações do projeto atual do TADSEA as temperaturas máximas atingidas foram muito inferiores ao limite. E os resultados de casos de perda de refrigerante mostram que com 45% do fluxo mássico é atingida uma temperatura apenas 30 K abaixo do limite.