KAJIAN NUMERIS KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA KOLAM PENYIMPANAN SEMENTARA BAHAN BAKAR NUKLIR BEKAS MTR

Nur Syamsi Syam, Dr. Andang Widi Harto, M.T

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pembuangan panas peluruhan merupakan salah satu aspek keselamatan yang penting dalam pengoperasian instalasi penyimpanan sementara bahan bakar nuklir bekas untuk mencegah terjadinya degradasi pada kelonsong BBNB. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian mengenai karakteristik perpindahan panas yang terjadi pada sistem tersebut. Perpindahan panas konveksi alamiah merupakan mekanisme perpindahan panas yang banyak digunakan dalam sistem penyimpanan tersebut termasuk halnya penyimpanan bahan bakar bekas MTR (Material Testing Reactor) pada kolam IPSB3. Penelitian ini lebih difokuskan pada kajian secara numeris mengenai karakteristik suhu dan aliran air pendingin pada kanal di antara pelat bahan bakar bekas serta pengaruh ketinggian air terhadap karakteristik suhu dan aliran air pendingin tersebut. Selain itu penelitian ini dilaksanakan untuk memperoleh persamaan korelasi perpindahan panas konveksi alamiah pada kanal bahan bakar bekas. Penelitian dilaksanakan secara numeris dengan menggunakan program FLUENT. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap yakni pemodelan fisik dengan menggunakan program GAMBIT, pemodelan dan simulasi numerik dengan menggunakan FLUENT. Model yang dibuat adalah model 2D untuk satu silinder dari rak penyimpanan yang ada dalam kolam penyimpanan. Simulasi numerik dijalankan dengan kondisi steady state dengan fluks panas sebesar 199,109 W/m2. Ketinggian air di atas bahan bakar divariasikan sebesar 2500 mm, 2000 mm, 1500 mm dan 1000 mm untuk mengamati pengaruhnya terhadap suhu air. Hasil simulasi numerik menunjukkan bahwa terjadi perpindahan panas konveksi alamiah pada kanal sehingga air mengalir dari bawah ke atas, suhu air berbanding lurus dengan ketinggian air, yakni makin ke atas suhu semakin besar dengan suhu maksimum yang dicapai adalah 306,756 K. Perubahan ketinggian air di atas bahan bakar tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik suhu dan aliran air. Berdasarkan perhitungan hasil simulasi numerik diperoleh koefisien perpindahan panas lokal dan rata-rata sebesar 762,87 W/m2K dan korelasi perpindahan panas konveksi alamiah untuk kanal vertikal

Spent fuel decay heat removal is an important feature for safe operation of interim spent fuel storage facility (IPSB3) to prevent fuel cladding degradation. Therefore, heat transfer characteristics of the interim storage should be studied experimentally as well as theoretically. Natural convection is one of the heat transfer mechanism that is usually applied in spent fuel interim storage system included MTR spent fuel storage in IPSB3 pool. This research focuses on the theoretical study of temperature and cooling water flow in the channel between spent fuel plates, and effects of water level on it. Additionally, this research is done to find natural convection correlation equation in the spent fuel channels. This research is done numerically using FLUENT 6.3 computer code. The procedure is composed of three stages as follows: physical modeling using GAMBIT program, numerical modeling and simulation using FLUENT. The geometry of model made by GAMBIT is 2D model for only one cylindrical of storage rack in the storage pool. Numerical simulation was run in steady state condition with constant heat flux 199,109 W/m2. Water level above spent fuel is varied from 2500 mm, 2000 mm, 1500 mm and 1000 mm to observe its effects toward water temperature. The result shows that natural convection occurred in the channel causes the water flow from the bottom to the top of the channel. Water temperature is proportional with water level, the higher water position at the channel causes the higher water temperature with maximum temperature 306,756 K. The change of water level above spent fuel has no significant effect on temperature and water flow characteristics. Based on the results of numerical calculations, local and average heat transfer coefficient is 762,87 W/m2K, and natural convection correlation for the vertical channel between spent fuel plates is . (formula)

Kata Kunci : konveksi alamiah, FLUENT, IPSB3, MTR