ANALISIS SIRKULASI ALAMIAH DI TERAS REAKTOR KARTINI SECARA EKSPERIMEN DAN SIMULASI NUMERIK MENGGUNAKAN STAT CODE

EDI SUGIANTO, Dr. Ir. Alexander Agung, S.T, M.Sc.; Prof. Dr. Ir. Anhar Riza Antariksawan

2022 | Tesis | MAGISTER TEKNIK FISIKA

Pada studi ini, dilakukan eksperimen dan simulasi numerik menggunakan STAT code dengan tujuan mempelajari pengaruh aliran pendingin primer terhadap sirkulasi alamiah di teras reaktor pada berbagai variasi daya reaktor (50 kW, 75 kW dan 100 kW) dan lokasi di teras reaktor (ring terdalam B-C dan terluar E-F), dan untuk memprediksi karakteristik termohidrolik saat kondisi sirkulasi alamiah penuh serta menguji validitas STAT code untuk reaktor Kartini. Untuk mempelajari efek aliran pendingin primer terhadap sirkulasi alamiah di teras, pada setiap daya, laju aliran volumetrik pendingin primer divariasikan dari 100% hingga 0% dan temperatur pendingin diukur pada 7 posisi aksial di ring B-C dan E-F. Untuk mempelajari validitas STAT code, hasil perhitungan STAT code dibandingkan dengan hasil pengukuran eksperimen pada kondisi sirkulasi alamiah penuh. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa aliran pendingin mempengaruhi pendinginan di teras; semakin besar laju alir volumetrik pendingin primer dan daya reaktor, semakin besar pengaruhnya dan pengaruh lebih besar di ring terdalam. Oleh karena adanya pengaruh aliran pendingin primer, di teras terjadi dua macam aliran akibat sirkulasi paksa dari pendingin primer yang mengarah ke bawah dan aliran alamiah yang mengarah ke atas. Berdasarkan pengaruh aliran pendingin tersebut, dapat dibedakan empat daerah/tahap: dominasi aliran paksa, pra-transisi, transisi dan sirkulasi alamiah penuh. Pada kondisi sirkulasi alamiah, hasil eksperimen dan simulasi numerik menunjukkan nilai temperatur pendingin semakin tinggi sebanding dengan posisi aksialnya. Laju aliran massa dan kecepatan aliran pendingin semakin besar sebanding dengan tingkatan daya serta berbanding terbalik dengan jarak terhadap pusat teras. Nilai DNBR masih lebih besar dari syarat keselamatan. Disimpulkan bahwa aliran di teras reaktor Kartini terjadi akibat pengaruh aliran paksa pendingin primer dan gaya apung sirkulasi alamiah. Selama kondisi sirkulasi alamiah penuh, batas aman termohidrolik tetap terjaga. STAT code dapat memprediksi temperatur pendingin dengan baik dalam kondisi sirkulasi alamiah di teras reaktor Kartini.

In this study, experiments and numerical simulations using STAT code were carried out to study the effect of primary coolant flow on natural circulation in the reactor core at various reactor power (50 kW, 75 kW and 100 kW) and different location (hottest ring B-C and outermost ring E-F), to predict the characteristics of thermohydraulic parameters under natural circulation conditions in the core, as well as to test the validity of STAT code for Kartini reactor. To study the effect of primary coolant flow, in the experiment, for each power, the primary coolant flow rate was varied from 100% to 0% flow rate and the coolant temperature was measured at 7 different aksial points at ring B-C and E-F. To study the validity of STAT code, the calculation results were compared with the measured ones in the fully natural circulation condition. Experimental results showed that the primary coolant flow impacted the natural circulation cooling in the reactor core; higher the primary coolant flow rate and power, higher the effect and at the hottest ring, the effect is most significant. Associating with the effect of forced flow from primary coolant, the circulation can be distinguished in four conditions: forced flow domination, pre-transition, transition and fully natural circulation. At the fully natural circulation condition, the primary coolant temperature was higher in proportion to its aksial position. The mass flow rate and velocity of coolant increase in proportion to the power level and inversely to the distance from the center of the core. The DNBR value is still greater than the safety requirements. It was concluded that the flow in the Kartini reactor core was mixed convection due to the forced flow of the primary coolant and natural circulation buoyancy. As long as conditions of fully natural circulation, a safe thermohydraulic limit is maintained. STAT code can well predict the coolant temperature in the Kartini core.

Kata Kunci : Reaktor Kartini, Diffuser, Konveksi Campuran, Konveksi Alami, Temperatur, Volumetrik Laju Aliran, Kecepatan Aliran, DNBR