Μονοφασική Μοντελοποίηση Συμπύκνωσης Ατμού παρουσία Αέρα με χρήση Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής

ΠερίληψηΣτην παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Μονοφασική Μοντελοποίηση Συμπύκνωσης Ατμού παρουσία Αέρα με χρήση Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής» μελετάται η συμπύκνωση ατμού παρουσία μη συμπυκνώσιμων αερίων, ένα φαινόμενο με ιδιαίτερη σημασία για την ασφάλεια των αντιδραστήρων ύδατος, καθώς επηρεάζει άμεσα την κατανομή πίεσης και θερμοκρασίας στο περίβλημα κατά τη διάρκεια ατυχημάτων.Η παρουσία τέτοιων αερίων μεταβάλλει σημαντικά τη διαδικασία συμπύκνωσης του ατμού στα τοιχώματα και κατ' επέκταση την ανταλλαγή θερμότητας στο περίβλημα.Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε ένα μονοφασικό μοντέλο υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD) για τη μελέτη της συμπύκνωσης ατμού σε ψυχόμενο κατακόρυφο τοίχωμα παρουσία αέρα.Το μοντέλο υλοποιήθηκε στο λογισμικό ANSYS Fluent 2024R1 με χρήση ειδικών συναρτήσεων (UDFs), ώστε να περιγράφεται το φαινόμενο με μηχανιστικό τρόπο και χωρίς την ανάγκη εμπειρικών σχέσεων.Για λόγους απλοποίησης, το μίγμα θεωρήθηκε ως ιδανικό αέριο και παραλήφθηκε η αντίσταση του υγρού φιλμ συμπυκνωμένου ατμού, το οποίο ισχύει σε υψηλές συγκεντρώσεις μη συμπυκνώσιμων αερίων.Η αξιολόγηση του μοντέλου πραγματοποιήθηκε συγκρίνοντάς το με πειραματικά δεδομένα από τις εγκαταστάσεις CONAN (Pisa University) και COPAIN (CEA Grenoble), καλύπτοντας διαφορετικές πιέσεις, ταχύτητες ροής και συγκεντρώσεις ατμού.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το μοντέλο αποδίδει ικανοποιητικά τα βασικά φυσικά χαρακτηριστικά που περιγράφουν τη συμπύκνωση καθαρά μέσω διάχυσης του ατμού στο τοίχωμα, όπως είναι η δημιουργία οριακού στρώματος λόγω της παρουσίας αέρα.Το μοντέλο παρουσιάζει καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα με μέσο απόλυτο σφάλμα στη συνολική θερμική ροή μεταξύ 8,5% και 20,5%, όπου καλύτερη απόδοση είχε σε μέσες ταχύτητες ροής (π.χ. 1 m/s: 8,5% σφάλμα) και μεγαλύτερες αποκλίσεις σε υψηλότερες ταχύτητες (3 m/s: ~20,5%).Η εργασία καταλήγει ότι το προτεινόμενο μοντέλο αποτελεί μια απλή αλλά αξιόπιστη βάση για τη μελέτη φαινομένων συμπύκνωσης με παρουσία μη συμπυκνώσιμων αερίων.Ως μελλοντική κατεύθυνση προτείνεται η επέκταση σε διφασικό μοντέλο ώστε να υπολογίζεται και η μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγής από το φιλμ καθώς και η διερεύνηση περιπτώσεων που περιλαμβάνουν ελαφρά αέρια όπως το υδρογόνο και το ήλιο.Τέλος, η εισαγωγή μοντέλου για τη συμπύκνωση του ατμού στην κύρια μάζα (bulk condensation), με χρήση κατάλληλων μοντέλων δυναμικής αερολύματος με αλλαγή φάσης, τα οποία έχουν αναπτυχθεί στο Εργαστήριο, είναι επίσης κατεύθυνση για το άμεσο μέλλον, προκειμένου να ενισχυθεί η δυνατότητα προσομοίωσης των συνθηκών στο περίβλημα ενός αντιδραστήρα σε περίπτωση ατυχήματος.