MODELO COMPUTACIONAL PARA O CÁLCULO ACOPLADO NEUTRÔNICO THERMO-HIDRÁULICO DE UM REATOR NUCLEAR MODULAR REFRIGERADO POR ÁGUA SUPERCRÍTICA
Reator SUPERSAFE© (SSR), Reator Refrigerado a Água Supercrítica (SCWR), GEN-IV, Reator Modular Pequeno (SMR), Cálculo Acoplado Neutrônico-Termohidráulico
O emprego da água supercrítica como refrigerante no reator SUPERSAFE© (SSR, do inglês SUPERSAFE© Reactor) apresenta desafios relevantes para o seu projeto e operação, especialmente devido à forte dependência entre as propriedades termofísicas da água nesse regime e suas características de moderação neutrônica no núcleo do reator. Essa inter-relação influencia diretamente a distribuição axial do fluxo de calor volumétrico nos elementos combustíveis, em virtude das variações acentuadas das propriedades do fluido próximas ao ponto pseudocrítico. Dessa maneira, torna-se imprescindível a adoção de uma abordagem de cálculo acoplado neutrônicotermohidráulico para garantir uma representação física consistente do comportamento do sistema. Com o objetivo de obter a distribuição axial mais realista possível do fluxo de calor volumétrico nos elementos combustíveis, desenvolve-se um método de cálculo acoplado neutrônico-termohidráulico. O acoplamento é realizado por meio da implementação do código de transporte de radiação MCNP6 para a modelagem neutrônica, em conjunto com o código de Dinâmica dos Fluidos Computacional ANSYS CFX para a simulação termohidráulica. As fortes mudanças nas propriedades termofísicas da água supercrítica provocam comportamentos particulares na geração de turbulência e no transporte de calor nos subcanais. Isso faz com que ocorra um fenômeno local associado à transferência de calor, conhecido como deterioração da transferência de calor, que afeta o desempenho termohidráulico do reator. No presente trabalho, propõe-se um modelo computacional baseado em códigos de Dinâmica dos Fluidos Computacional, que permite estudar de forma detalhada o comportamento termohidráulico e os fenômenos associados à transferência de calor no conjunto combustível típico do reator modular canadense SUPERSAFE©. Com o modelo desenvolvido, foram obtidas as distribuições espaciais detalhadas das principais propriedades termohidráulicas que caracterizam o comportamento do conjunto combustível típico do Reator Modular Pequeno Canadense Refrigerado com Água Supercrítica em regime estacionário. Avaliou-se a ocorrência da deterioração da transferência de calor por meio de dois modelos de turbulência e estimou-se que os valores alcançados pela temperatura na superfície das bainhas não superam os valores limites. Os resultados descreveram adequadamente o comportamento dos parâmetros termohidráulicos no conjunto combustível do reator modular canadense SUPERSAFE©.