Optimasi Geometri Teras untuk Mencapai Keseragaman Distribusi Aliran Fluida pada Molten Salt Reactor 300 MWt Berbahan Bakar LiF-NaF-UF4-ThF4 Menggunakan CFD

Jalalludin Mukhtafi, Dr.Ing. Ir. Kusnanto, Ir. Kutut Suryopratomo, M.T., M.Sc.

2025 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

Molten Salt Reactor (MSR) adalah reaktor Generasi IV yang menggunakan garam cair sebagai bahan bakar sekaligus pendingin. Keseragaman antara distribusi aliran dan distribusi daya diperlukan untuk meminimalkan jumlah hotspot suhu yang terbentuk pada teras. Jumlah hotspot suhu tersebut menentukan aspek keselamatan operasional reaktor. Oleh karena itu, fokus masalah penulis adalah mengevaluasi kinerja desain reaktor dalam menyesuaikan tingkat keseragaman antara distribusi aliran dan distribusi daya dalam teras. 

Penelitian dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan memanfaatkan software ANSYS Fluent 2024 R2. Domain solid diatur untuk Grafit dan fluida untuk LiF-NaF-UF4-ThF4. Geometri yang ada dimodelkan 1:6 simetri dengan parameter average flow distribution non-uniformity (Sring dan Sreaktor) sebagai evaluator simulasi. Proses optimasi dimulai secara bertahap mulai dari analisis plenum atas, plenum bawah, dan pemasangan shroud.

Simulasi pada geometri MSR yang ada menunjukkan deviasi keseragaman distribusi aliran bahan bakar yang sangat besar, ditunjukkan oleh Sreaktor  dan Sring masing-masing sebesar 59,43?n 5,0%. Geometri alternatif pada plenum atas berhasil menurunkan deviasi yang ditunjukkan oleh Sreaktor dan Sring masing-masing sebesar 53,18?n 4,4%; diikuti oleh geometri alternatif pada plenum bawah masing-masing sebesar 50,39?n 4,89%; dan geometri alternatif setelah pemasangan shroud masing-masing sebesar 31,63?n 4,9%.

The Molten Salt Reactor (MSR) is a Generation IV reactor that utilizes molten salt as both fuel and coolant. Ensuring uniformity between flow and power distribution is essential to minimize temperature hotspots in the core, which directly affects reactor safety. This study aims to evaluate the reactor design performance in improving the uniformity of flow and power distribution within the core.

Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were performed using ANSYS Fluent 2024 R2, with graphite as the solid domain and LiF–NaF–UF?–ThF? as the fluid domain. The geometry was modeled with 1:6 symmetry, and the average flow distribution non-uniformity parameters (Sring and Sreactor) were employed to assess the simulation results. Optimization was conducted stepwise, starting with modifications to the upper plenum, followed by the lower plenum, and the installation of a shroud.

The existing MSR geometry exhibited significant flow distribution deviation, with Sreactor and Sring values of 59.43% and 5.0%, respectively. The optimized upper plenum reduced the deviation to 53.18% and 4.4%, while the lower plenum design further improved it to 50.39% and 4.89%. The most effective improvement was achieved after shroud installation, with Sreactor and Sring decreasing to 31.63% and 4.9%, respectively. 

Kata Kunci : Computational fluid dynamics, molten salt reactor, termal-hidraulika, repowering