Análisis de los elementos de combustible y núcleo del reactor con el código termohidráulico de subcanal CTF-UPVIS para el ciclo de combustible 07 de la Central Nuclear de Leibstadt (KKL)

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Final de Máster se ha llevado a cabo la modelización de los elementos combustibles y núcleo del reactor que intervienen en el ciclo de combustible 07 de la Central Nuclear de Leibstadt (KKL, Kernkraftwerk Leibstadt), localizada en Suiza, que opera mediante un reactor de agua en ebullición (BWR). Para el completo análisis y simulación de los fenómenos que ocurren en el interior del reactor, se define el mismo mediante la composición de los elementos combustibles con sus subcanales, espaciadores, barras de agua y varillas de combustible. El núcleo del reactor está compuesto de cinco tipos de elementos combustibles diferentes. Los modelos desarrollados se definen mediante ficheros de texto que conforman su distribución de potencia, geometría y control, incluyendo además las condiciones de contorno. Utilizando estos ficheros junto con un generador de inputs programado en MATLAB®, se obtienen los ficheros de entrada necesarios de cada elemento combustible, con el fin de ejecutarlos después mediante el código CTF-UPVIS y conseguir los resultados buscados, además de su visualización en 2D y 3D. El diseño de estos queda constituido con un elevado nivel de detalle, permitiendo calcular parámetros fundamentales acerca del funcionamiento del reactor como la potencia, presión, temperatura, fracción de huecos, calidad de caudal o flujo de calor crítico con gran precisión. Asimismo, dicho análisis es necesario para estudiar la seguridad y comportamiento del reactor nuclear en su conjunto. Para mostrar el grado de exactitud con la realidad y la cohesión de estos modelos, se verifican tanto los elementos combustibles como el núcleo, comparando los resultados obtenidos con los proporcionados por el código SIMULATE5. Finalmente, mediante esta verificación se puede garantizar que el código CTF-UPVIS representará con exactitud los parámetros y las condiciones termohidráulicas que tienen lugar en los elementos combustibles y, así mismo, en el reactor.

[CA] En el present Treball de Fi de Màster s’ha dut a terme la modelització del els elements combustibles i nucli del reactor que intervé al cicle del combustible 07 de la Central Nuclear de Leibstadt (KKL, Kernkraftwerk Leibstadt), localitzada en Suïssa, la qual opera mitjançant un reactor d’aigua en ebullició (BWR). Per al complet anàlisi i simulació dels fenòmens que ocorren a l’interior del reactor, aquest es defineix mitjançant la composició del elements combustibles amb els seus subcanals, espaiadors, barres d’aigua i varetes de combustible. El nucli del reactor està compost de cinc tipus d’elements combustibles diferents. Aquests models de combustible s’elaboren a través de fitxers de text que conformen la seua distribució de potència, geometria i control, incloent, a més, les condicions de contorn. Utilitzant aquests fitxers junt amb un generador d’inputs programat amb MATLAB®, s’obtenen els fitxers d’entrada necessaris de cada element combustible, amb la finalitat d’executar-los després mitjançant el codi CTF-UPVIS i aconseguir els resultats buscats, junt amb la seua modelització en 2D i 3D. El disseny d’aquests queda constituït amb elevat nivell de detall, permetent calcular paràmetres fonamentals sobre el funcionament del reactor com la potència, pressió, temperatura, fracció de espais, qualitat de caudal o flux de calor crític amb gran certesa. Tant mateix, aquest anàlisi és necessari per a estudiar la seguretat i el comportament del reactor nuclear com a conjunt. Per mostrar el grau d’exactitud amb la realitat i la cohesió d’aquests model, es verifica tant els elements combustibles com el nucli, comparant els resultats obtinguts amb els proporcionats amb el codi SIMULATE5. Finalment, a través d’aquesta verificació es pot garantir que el codi CTFUPVIS representarà amb exactitud els paràmetres i les condicions termo-hidràuliques que tenen lloc als elements combustibles y, a la seua vegada, en el reactor.

[EN] In the current Master Thesis, the modelling of the fuel types and core that take part in the 07 fuel cycle of the Leibstadt Nuclear Power Plant (Kernkraftwerk Leibstadt), located in Switzerland, which operates with a boiling water reactor (BWR), has been carried out. The core is depicted into the composition of the different fuel types, with its subchannels, spacers, water rods and fuel rods in order to have a complete analysis as well as the simulation of all the phenomena that occur in its inner part. The reactor core is made up of five different fuel types. The models are defined by many text files that shape the power, geometry and control distribution files which contain the boundary conditions, too. By using these files with an input generator programmed in MATLAB®, the necessary inputs of each fuel type are obtained. The main purpose is to simulate them with CTF-UPVIS code to obtain the results within all the length of the fuel type and its respective axial nodes and subchannels as well as its 2D and 3D visualization. Their design is constituted with a highly detailed level to accurately calculate fundamental parameters of the core such as power, pressure, temperature, void fraction, flow quality or even the critical heat flux. This analysis is necessary to study the security and behaviour of the nuclear reactor overall. To show the cohesion and accuracy level of these models, the fuel types and the reactor core must be verified with the results previously given by the SIMULATE5 code. Finally, through this verification, it can be guaranteed that the CTF-UPVIS code will precisely analyse and represent the parameters as well as the thermohydraulic conditions that take place in the different parts of the fuel types and the reactor.