Design evaluation of a scaled experiment to investigate natural circulation in MYRRHA

Questo elaborato tratta il reattore di ricerca MYRRHA, in fase di sviluppo presso il centro di ricerca belga SCK CEN. In particolare si focalizza sullo studio della circolazione naturale del refrigerante, ovvero l'LBE (Lead-Bismuth Eutectic), utilizzata come sistema passivo di sicurezza dopo lo shutdown del reattore in caso di mancato funzionamento delle pompe. Lo scopo di questo lavoro è la creazione di un modello in scala ridotta del reattore per simulare la circolazione naturale dell'LBE. Lo scaling down del reattore viene effettuato tramite lo studio dei numeri adimensionali e la scelta di mantenere costante il coefficiente di scambio termico tra il reattore e il modello in scala. Questa scelta viene fatta al fine di avere sufficiente similarità tra i due per quanto concerne lo scambio termico, in modo che il comportamento del fluido sia lo stesso di quello all'interno del reattore. Nella prima parte vengono effettuate simulazioni 2D, tramite ANSYS 2020, per confrontare la circolazione naturale di fluidi caratterizzati da diverso numero di Prandtl. Viene, inoltre, effettuato un confronto tra i coefficienti di scambio termico ottenuti dalla simulazione e quelli ottenuti tramite calcoli a mano, al fine di verificare che la simulazione possa ben rappresentare il comportamento reale del fluido. Vengono poi calcolate le temperature che si hanno all'interno del reattore rimuovendo una potenza di 1MW, i relativi numeri adimensionali, quali Pr, Gr, Ra e Nu, e i coefficienti di scambio termico dell'LBE per ciascuna area, attraverso un modello semplificato per poter ricavare le dimensioni del modello in scala. Dopo aver disegnato uno sketch del modello, sono state infine effettuate delle simulazioni 3D del modello in scala per verificarne il comportamento, rispetto a quello reale. Le simulazioni 3D hanno dimostrato che il modello rispecchia correttamente il comportamento reale del fluido e che la circolazione naturale può essere usata per raffreddare il reattore.