Studio del trasferimento di calore in scambiatori a tubi elicoidali

Recentemente, nell’ambito di una collaborazione fra il Dipartimento di Ingegneria Nucleare (DIN) dell'Università di Palermo ed il Centro di Ricerca ENEA "E. Clementel" di Bologna, sono stati messi a punto lavori di validazione di codici di calcolo e modelli per l’analisi di transitori operativi e incidentali in reattori trasmutatori sottocritici del tipo ADS (Accelerator Driver System), raffreddati a Piombo-Bismuto. Tale attività di validazione ha riguardato in particolar modo la versione del codice di calcolo termoidraulico avanzato RELAP5/mod3.2.2 , modificato nell'ambito del progetto TRASCO (TRASmutazione SCOrie, progetto di ricerca italiano relativo alle tecnologie dei sistemi sottocritici, che prevede la collaborazione tra Università, centri di ricerca, quali ENEA ed INFN, e l’industria Ansaldo) per consentire la simulazione delle proprietà termofluidodinamiche e termocinetiche del Piombo-Bismuto. Una delle fasi di questa attività si è basata su test sperimentali condotti, a supporto del progetto MEGAPIE nell’ambito del 5° Programma Quadro dell’ Unione Europea, sulla facility CHEOPE (CHEmical OPErational transient), un apparato sperimentale concepito per la verifica delle prestazioni di scambio termico fra la lega eutettica Pb-Bi ed un opportuno olio diatermico. Infatti questo apparato, già preesistente per altri scopi, è stato modificato per essere nient’altro che uno scambiatore di calore. In più, per migliorare il processo di scambio termico, è stata saldata una spirale nel lato secondario di tale scambiatore, così da indurre in seno all’olio effetti tridimensionali caratterizzati da un moto di tipo elicoidale. Un confronto critico tra risultati di calcolo post-test e dati sperimentali, ha confermato la prevedibile inadeguatezza del codice RELAP5 nel tenere conto di tali effetti. Infatti, com’è noto il codice RELAP5Mod3.2.2 , non include né la peculiare geometria né i modelli termofluidodinamici per trattare scambio termico in condotti di tipo elicoidale e quindi non permette di tenere in considerazione le migliorate condizioni di scambio termico, eventualmente ottenute con la suddetta introduzione della spirale. Nell’ambito dell’attività di ricerca proposta si intendono modificare i modelli di scambio termico incorporati nel codice, così da potere tenere in considerazione le migliorate situazioni di scambio termico. La campagna di validazione del codice così modificato prevederà la simulazione, oltre che dei risultati sperimentali eseguiti sull’impianto CHEOPE, anche di altri risultati che saranno reperiti in letteratura sull’argomento. Inoltre, la ricerca potrà essere utile per l’esecuzione della simulazione di transitori incidentali nei nuovi reattori nucleari refrigerati a piombo di "Generation IV" che utilizzano scambiatori di calore di tipo elicoidale per il trasferimento di potenza dal Pb ,fluido primario, all’acqua che costituisce il fluido secondario, circolante all'interno dei tubi elicoidali.

L’attività di ricerca che qui si propone mirerà alla modifica dei modelli di scambio termico del codice di calcolo RELAP5Mod3.2.2 , che nella versione attuale non include la possibilità di trattare lo scambio termico in condotti di tipo elicoidale. La ricerca potrà consentire l’esecuzione della simulazione di transitori incidentali nei nuovi reattori nucleari refrigerati a metallo liquido di Generation IV che utilizzano scambiatori di calore di tipo elicoidale, per il trasferimento di potenza dal fluido primario, Pb, all’acqua che costituisce il fluido secondario.