logo logo

Podrobnejši opis nekaterih nalog

Seminarske naloge

Dr. Matjaž Leskovar: Simulacija parne eksplozije v jedrski elektrarni s programom MC3D
 

MC3D je računalniški program namenjen simulaciji parnih eksplozij, ki ga razvijamo skupaj z CEA/IRSN, Francija.

V nalogi naj bi kandidat opravil analizo vpliva nekaterih parametrov izbranega modela parne eksplozije na rezultate simulacije parne eksplozije v jedrski elektrarni za izbrani scenarij težke nesreče.

Diplomske naloge

Dr. Matjaž Leskovar: Modeliranje parne eksplozije v jedrski elektrarni s programom MC3D
 

V nalogi naj bi kandidat opravil analizo vpliva različnih modelov parne eksplozije na rezultate simulacije parne eksplozije v jedrski elektrarni za izbrani scenarij težke nesreče.

Dr. Andrej Prošek: Modeliranje malih izlivnih nezgod na eksperimentalni napravi PMK-2
 

Eksperimentalna naprava PMK-2 je simulator jedrske elektrarne VVER 440/213, ruskega tipa. Izlivna nezgoda je nezgoda z izgubljanjem hladila. Ponavadi je najbolj neugodna tista z zlomom na primarni strani v hladni veji. Na eksperimentalni napravi PMK-2 je bilo izvedenih več eksperimentov za različne velikosti zlomov. Vhodni model za program RELAP5/MOD3.3 za napravo PMK-2 že obstaja, ravno tako tudi eksperimentalni podatki, potrebni za preveritev termohidravličnega programa.

Kandidat naj bi v nalogi najprej neodvisno preveril obstoječi vhodni model eksperimentalne naprave PMK-2 za program RELAP5/MOD3.3, če ustreza predpisanim kriterijem za kvalifikacijo vhodnega modela. Analize bi opravil za spekter zlomov v hladni veji, s katerimi eksperimentalnimi podatki razpolagamo. Izračune bo primerjal z eksperimentalnimi podatki in določil natančnost izračunov.

prof.dr. Iztok Tiselj: Simulacija toka idealne stisljive tekočine
 

Pri simulacijah stisljivih tokov v katerih hitrost tekočine dosega in presega hitrost zvoka in se v toku pojavljajo udarni valovi, se v sistemu Navier-Stokesovih enačb (kontinuitetna, gibalna in energijska enačba) običajno zanemari viskozni člen v gibalni enačbi in člen toplotne prevodnosti v energijski enačbi. Rezultat takšne aproksimacije so tri parcialne diferencialne enačbe prvega reda - Eulerjeve enačbe. Eulerjeve enačbe so hiperboličnega tipa, kar se v veliki meri izkorišča pri konstrukciji numeričnih shem za njihovo reševanje.

Študent(ka) naj bi z numerično simulacijo na mreži končnih razlik rešil(a) te enačbe v dvodimenzionalnem toku skozi cev s stopničasto zožitvijo. Uporabil(a) bi numerično shemo, ki spada med "high-resolution shock-capturing" sheme. Študent(ka) bo ob tej nalogi podrobneje spoznal(a) lastnosti Eulerjevih enačb in se seznanil(a) z numeričnimi metodami za simulacije stisljivih tokov idealne tekočine.

prof.dr. Iztok Tiselj: Modeliranje dvokomponentnega toka s prosto površino
 

Znano je, da je neposredno reševanje Navier-Stokesovih enačb enokomponentnega toka možno samo, če je Reynoldsovo število dovolj majhno. S povečevanjem Reynoldsovega števila se v toku pojavljajo vrtinci - turbulenca, kar neposredno reševanje enačb najprej zelo oteži in nazadnje tudi onemogoči (današnji računalniki: do Reynoldsovih števil nekaj deset tisoč v enostavnih geometrijah). Zaradi turbulence so neposredne simulacije dvokomponentnega toka danes mogoče le v primerih, ko obe komponenti toka loči ploskev relativno enostavne oblike. Enostavna oblika pomeni dovolj majhno Reynoldsovo število, pri katerem se površina, oblika in hitrost ploskve spreminjajo dovolj počasi, da jih lahko eksplicitno spremljamo.

Student(ka) naj bi simuliral(a) dviganje mehurčka lažje komponente v težji: na začetku mirujoč krogelni mehurček se začne zaradi vzgona dvigovati. Pri tem se s časom spreminja njegova oblika. Obe tekočini sta nestisljivi in ju opisemo z Navier-Stokesovo gibalno enačbo in kontinuitetno enačbo. Študent(ka) naj bi enačbe reševal(a) na mreži končnih razlik, ploskvi med komponentama toka pa naj bi sledil(a) z metodo VOF (volume of fluid). VOF metoda sledi položaju ploskve z dodatno parcialno diferencialno enačbo za novo spremenljivko, ki predstavlja volumski delež ene od obeh komponent. Študent(ka) bo ob tej nalogi spoznal(a) osnovne numerične metode za modeliranje nestisljivih tokov in dodatne modele, ki omogočajo spremljanje površine ploskve med komponentama.

Magistrske naloge

Dr. Matjaž Leskovar: Ocena ogroženosti jedrske elektrarne zaradi parnih eksplozij
 

Eden izmed zaključkov prve faze OECD programa SERENA je, da so izračunane tlačne obremenitve za parne eksplozije znotraj reaktorske posode bistveno manjše od nosilnosti reaktorske posode, na podlagi česar lahko sklepamo, da so varnostne rezerve za parne eksplozije znotraj reaktorske posode verjetno zadostne. Bistveno drugače pa je pri parnih eksplozijah zunaj reaktorske posode. Izračunane tlačne obremenitve pri parnih eksplozijah zunaj reaktorske posode namreč presegajo nosilnost sten tipične reaktorske votline. Zaradi velikega raztrosa rezultatov simulacij, ki odraža negotovosti razumevanja, modeliranja in skaliranja parnih eksplozij, ne moremo zanesljivo ovrednotiti varnostnih rezerv za parne eksplozije zunaj reaktorske posode.

V nalogi naj bi kandidat identificiral najpomembnejše scenarije težkih nesreč v jedrski elektrarni, ki bi lahko pripeljali do parne eksplozije, za izbrane scenarije opravil analizo parnih eksplozij in na podlagi izračunanih tlačnih obremenitev sten reaktorske votline ocenil ogroženost jedrske elektrarne zaradi parnih eksplozij.

Dr. Andrej Prošek: Ocena negotovosti izlivne nezgode na eksperimentalni napravi ROSA/LSTF
 

Eksperimentalna naprava ROSA/LSTF je po prostornini največja integralna eksperimentalna naprava tlačnovodne jedrske elektrarne na svetu, saj znaša prostorninski faktor pomanjšave 1:48. Eksperimentalna naprave ROSA/LSTF je velikega pomena, saj je bilo v preteklosti veliko podobnih naprav zaprtih, medtem ko bo eksperimentalna naprava ROSA izvajala nove eksperimente vsaj do 2009. Na eksperimentalni napravi potekajo raziskave za obratujoče in napredne lahkovodne jedrske elektrarne, kakršne so se začele nedavno graditi. Da bi lahko raziskovali termohidravlične pojave, ki se simulirajo na eksperimentalni napravi ROSA/LSTF, smo pridobili vhodni model eksperimentalne naprave ROSA/LSTF za program RELAP5/MOD3.2. Izlivna nezgoda je nezgoda, ki spada med hipotetične projektne nezgode in kateri je bilo namenjeni največ raziskav od vseh vrst nezgod, odkar se je leta 1979 na ameriški elektrarni Three Mile Island – 2 (TMI-2), samo nekaj mesecev po začetku obratovanja, zgodila izlivna nezgoda zaradi razbremenilnega ventila primarnega sistema, ki se je zataknil v odprtem položaju. Sledile so številne raziskave, ki so pripomogle k večjemu razumevanju pojavov in razvoju realističnih termohidravličnih programov, med njimi tudi eksperimentalni programi ROSA (Rig of Safety Assessment) na napravi LSTF (Large Scale Test Facility).

Kandidat naj bi najprej neodvisno preveril obstoječi vhodni model eksperimentalne naprave ROSA/LSTF za program RELAP5, če ustreza predpisanim kriterijem za kvalifikacijo vhodnega modela. V nadaljevanju naj bi na osnovi eksperimentalnih podatkov preveril, če sta izbrani vhodni model in program primerna za simulacijo tovrstnih fizikalnih pojavov. Analize bi opravil za izbrani zlom v vroči veji, velikosti 10% celotnega preseka vroče veje, s katerimi eksperimentalnimi podatki razpolagamo. Izračune bi primerjal z eksperimentalnimi podatki in ugotovil, koliko so izboljšave programa RELAP5 doprinesle k bolj natančnim izračunom. Opravil naj bi tudi analizo občutljivosti in negotovosti izračuna.

Doktorske naloge

Dr. Matjaž Leskovar: Ocena ogroženosti jedrske elektrarne zaradi parnih eksplozij
 

Dosedanji eksperimenti parnih eksplozij so pokazali, da imajo snovske lastnosti taline ključen vpliv na interakcijo taline z vodo, ki lahko privede do silovite parne eksplozije. Opravljeni eksperimenti s simulirnimi (Al2O3, ...) in prototipičnimi (zmes korija t.j. staljene reaktorske sredice) materiali so pokazali, da prihaja do spontanih parnih eksplozij le pri simulirnih materialih, medtem ko pri prototipičnih materialih spontanih parnih eksplozij ni bilo. Toda nedavno opravljeni eksperimenti na napravi TROI (KAERI, Koreja) so pokazali, da lahko pride do spontanih parnih eksplozij tudi pri prototipičnih materialih, če je sestava korija evtektična. Eksperimentalne meritve kažejo, da je energijski izkoristek pri sproženih parnih eksplozijah s talino prototipičnega korija (tipično ~0.1%) za red velikosti manjši kot pri parnih eksplozijah s simulirnim aluminijevim oksidom (tipično ~1%). Ali je to splošno pravilo, ali le posebnost opravljenih eksperimentov? In kakšen bi bil izkoristek, če bi namesto uporabljene poenostavljene mešanice korija UO2-ZrO2 vzeli bolj realno mešanico, kot npr. kovinsko mešanico korija UO2-ZrO2-Zr (razmere znotraj reaktorske posode) ali UO2-ZrO2-Zr-jeklo (razmere zunaj reaktorske posode), ali če bi dodali še fisijske produkte (neradioaktivne izotope)? Kot so nedavno odkrili, vpliva kemijska sestava korija močno na fizikalne in kemijske lastnosti korija (temperatura tališča, temperaturno območje faznega prehoda, generacija vodika ob oksidaciji v vodni pari, …) ter posledično predvidoma tudi na parno eksplozijo. To je le nekaj osnovnih vprašanj, ki so ključnega pomena s stališča jedrske varnosti.

V nalogi naj bi kandidat razvil izboljšan model parne eksplozije, ki bi ustrezno upošteval vpliv snovskih lastnosti taline na interakcijo taline in vode, ter ga implementiral v program MC3D, kar bi omogočilo bolj realistične simulacije reaktorskih razmer in s tem bolj zanesljivo oceno ogroženosti jedrskih elektrarni zaradi parnih eksplozij.

classical view