דף הבית חינוך ולימודים מדע וטבע נאבקים בקורוזיה במתקני אחסון של פסולת גרעינית בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית מתקדמת
נאבקים בקורוזיה במתקני אחסון של פסולת גרעינית בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית מתקדמת
מעיין סבן 27/04/15 |  צפיות: 6057

סימולציות מולטיפיזיקליות סייעו לחברת Sogin S.p.A בתכנון מערכת הפחתת לחות פשוטה וחוסכת אנרגיה למטרת מניעת קורוזיה בתופים של פסולת רדיואקטיבית.

קורוזיה היא האויב חסר הרחמים של המתכת, והמאבק עימה פשוט לא יכול להיגמר כאשר מעורבים תופי פלדה עמוסים בפסולת גרעינית.
זהו המצב באיטליה, בה הופסק הייצור המקומי של אנרגיה אטומית, ועדיין קיים הצורך באחסון בטוח של פסולת רדיואקטיבית ברמה נמוכה המיוצר כתוצר לוואי של ייצור חשמל, ופעולות של מחקר, רפואה ותעשייה.
Sogin S.p.A הינה החברה האיטלקית בבעלות הממשלה האחראית על הוצאה מכלל שימוש של אתרים גרעיניים באיטליה ועל הניהול של פסולת רדיואקטיבית.

אחסון פסולת גרעינית מצריך בקרת לחות מדויקת

פרוייקט אחד של סוגין הינו השיקום המתמשך של בניין במפעל לשעבר של אנרגיה אטומית הממוקם במרכז איטליה. היעד הוא לעמוד בדרישות האיטלקיות והבינלאומיות של אחסנה זמנית של פסולת רדיואקטיבית ברמה נמוכה עד אשר הפסולת תעבור למקום האחסון הלאומי הקבוע.
המתקן הזמני הינו חלל מלבני חד קומתי במימדי 30 מ' על 15 מ' המחולק לשני חדרים. הפסולת מאוחסנת בתופי פלדה אטומים בבטון מסיבות רדיולוגיות. לתופים יש קוטר חיצוני באורך 0.8 מטרים, והאריזה מעל בקוטר של 1 מטר. לחות יחסית של 65 אחוזים ומטה חייבת להישמר בכדי למנוע קורוזיה.

ג'יאנלוקה ברבלה הינו מהנדס בניין בסוגין ומנהל הצוות בפרויקט. "הצורך בבקרת הלחות באוויר נובע מכך שהתופים עשויים מפלדה שאינה אל-חלד. האריזות העליונות מבטון משמעותן שהתופים אינם ניתנים לבדיקה בלי לחלץ אותם קודם, מה שהופך קשה יותר את הניטור הקבוע של תהליך הקורוזיה. בנוסף, האתר חשוף לכמות גבוהה של לחות יחסית. בשל כך הבקרה אחר הלחות היא נושא קריטי", הוא מסביר.

למרות זאת, ישנה עלות גבוהה בהפעלת מערכת לחימום, אוורור ומיזוג אוויר במטרה לשמור על תנאים אופטימאליים על פני 25 שנות החיים הצפויות של המתקן. בנוסף, כיוון שאין אפשרות להרחיב את המתקן, המקום שתופסת מערכת המיזוג בא על חשבון פחות מקום לאחסון הפסולת. יתרה על כך, זמן דמימה של מערכת המיזוג הוא בלתי נמנע הן בשל תפקודים לקויים בציוד והן בשל תחזוקה מתוכננת.

אלטרנטיבה פוטנציאלית היא שימוש בקולטי לחות איזותרמיים במקום, אשר קטנים באופן יחסי, ניידים, מצריכים פחות תחזוקה, ועלות תפעולם נמוכה בהרבה. יחידות אלו מבוססות על מנוע קרנו תרמי הפוך: מאוורר משגר אוויר אל תוך היחידה, אשר עובר דרך מאייד ומתקרר. לחות עודפת מהאוויר מתגבשת לטיפות מים שנופלות למיכל. לאחר מכן האוויר עובר דרך מרכז בו הוא מתחמם ע"י מספר מעלות. אחרי זה הוא חוזר לסביבה כאוויר חם ויבש יותר.

הפרוייקט של סוגין נסמך על סימולציות נומריות בכדי לחקור את ההשפעות של גדלים וקונפיגורציות שונות של שני קולטי לחות איזותרמיים תעשייתיים שונים. האנליזות בוצעו ע"י פיירג'יאני ג'רלדיני מהמחלקה לתכנון מכאני. המטרות היו לזהות דרישות ציוד וגם לקבוע מיקום אופטימלי של היחידות בחדרים.

סימולציות סייעו בקביעת התוכנית האופטימלית

הצוות חקר תחילה זרימה טורבולנטית של אוויר בחדר ע"י ביצוע של מחקרים סטאציונאריים של זרימה המבוססים על מודל של מערבולת k-epsilon חד פאזית בלתי דחיסה. מטרת הצוות היא לשכפל את שדה מהירות האוויר באזור האחסון בהנחה שקולטי הלחות בשימוש. לאחר מכן הם השתמשו בתוצאות המחקר הזה בסימולציות תלויות זמן מצומדות לחלוטין כדי ללמוד אודות מעבר החום והלחות בתוך האטמוספירה של החדר. נעשה שימוש בכלל התוצאות בפיתוח תוכנית אופטימלית לקולטי הלחות.

כל הסימולציות בוצעו בתוכנת COMSOL Multiphysics ומודול מעבר חום. "ללא שימוש בכלי סימולציה כה מתקדם, היינו מוכרחים למדל את תהליך קליטת הלחות ע"י השערות פשוטות יחד עם עקומות ביצוע של קולט הלחות המסופקות ע"י יצרני היחידות. אך הסימולציות הראו לנו כי ל- COMSOL יש יכולת עוצמתית בפתרון בעיות תלת מימדיות של מעבר חום ולחות ", אומר פיירג'יאני. "COMSOL Multiphysics מקל מאוד על הצימוד של כמה פיזיקות, הוא בעל ממשק משתמש אינטואיטיבי, והוא פותח את האפשרות של ניהול כולל של תהליך המידול באותו ממשק".

"הסימולציות עזרו לנו בתכנון מערך המבוסס על שימוש בשני קולטי לחות המספקים את אותה כמות של קליטת לחות כמו מערכים אחרים, אך כאלה המצריכים ארבע יחידות", מסכם ברבלה. "המערכת שתכננו תגביל כיסי אוויר עומדים, דבר שיאפשר למערכת לעבוד בשיא היעילות, ותסייע לנו בהפחתת הסכנה של קורוזיה בתוף ברגע שהמתקן יתגבש ויזווד".


דירוג המאמר:

תגיות של המאמר:

 מעיין סבן

מעיין סבן

נומריקל בע"מ

הדרכות מקצועיות בבניית סימולציות אמינות

שירותי סימולציה מתקדמים

סדנאות ללא עלות להרשמה קלה ומידית

עשרות סיפורי משתמשים מעניינים וחשובים לעיונכם



 


מאמרים נוספים מאת מעיין סבן
 
אופטימיזציה עם יישומי סימולציה לטכניקות הדפסה תלת-מימדית
לקיחת קונספט של טכנולוגיה חדשה משלב המחקר הראשוני ועד לפתרון המתאים לשימוש תעשייתי, מצריכה בדיקות קפדניות וולידציות. הדפסה תלת מימדית לדוגמא, הופיעה לראשונה בשנות ה- 80 המוקדמות עם רמת מוכנות טכנולוגית (Technology Readiness Level - שיטת מדידה של רמה טכנולוגית לשימוש תעשייתי אשר הוצעה ע"י NASA בשנות ה- 70) של TRL 1, וזה לקח מספר עשורים עד שהשיטה נודעה בשווקים התעשייתיים כשיטת ייצור חדשה ומדהימה שמתעתדת לשנות את העולם.

מסמלצים את תופעת ה- Crosstalk של אנטנות במטוס!
05/05/15 | פיזיקה
בעולם בו מערכות התקשורת בכלי טיס הופכות מורכבות יותר ויותר, לעיתים קרובות ניתן למצוא מספר אנטנות הממוקמות באותו המטוס. הדבר יוצר תופעה הנקראת "ערב דיבור", Crosstalk באנגלית, הפרעה באותות אשר זולגים מקו אחד למשנהו, דבר שעלול להפריע לתפקוד של כלי הטיס. במודל אשר יוצג בפירוט במאמר זה, נראה כיצד לבנות בתוכנת COMSOL Multiphysics 5.1 סימולציה של ההתערבות בין שתי אנטנות זהות - אחת משדרת והשניה מקבלת - במרכב של מטוס, במטרה לנתח את ההשפעה של תופעת ה- Crosstalk.

טכניקות בידוד תרמי חדשניות מביאות חיסונים למדינות העולם המתפתח
תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures האמריקאית עבדה על טכנולוגיה חדשה בכדי להביא חיסונים לכל פינה בעולם. מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי משתמש רק בגוש בודד של קרח ולא זקוק לחשמל ממקור חיצוני בכדי לאחסן תרופות בטמפרטורות נמוכות לתקופה של חודש שלם.

נאבקים בקורוזיה במתקני אחסון של פסולת גרעינית בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית מתקדמת
27/04/15 | מדע וטבע
קורוזיה היא האויב חסר הרחמים של המתכת, והמאבק עימה פשוט לא יכול להיגמר כאשר מעורבים תופי פלדה עמוסים בפסולת גרעינית. זהו המצב באיטליה, בה הופסק הייצור המקומי של אנרגיה אטומית, ועדיין קיים הצורך באחסון בטוח של פסולת רדיואקטיבית ברמה נמוכה המיוצר כתוצר לוואי של ייצור חשמל, ופעולות של מחקר, רפואה ותעשייה. Sogin S.p.A הינה החברה האיטלקית בבעלות הממשלה האחראית על הוצאה מכלל שימוש של אתרים גרעיניים באיטליה ועל הניהול של פסולת רדיואקטיבית.

CAE - Computer-Aided Engineering: הנדסה בעזרת מחשב
29/03/15 | תוכנה
הנדסה בעזרת מחשב, או הנדסה מבוססת מחשב, הינה השימוש הנרחב בתוכנת מחשב במטרה לסייע במשימות ניתוח הנדסיות. הנושא כולל את התחומים אנליזת אלמנטים סופיים - FEA Finite Element Analysis, דינמיקה חישובית של זורמים - CFD Computational Fluid Dynamics, דינמיקה של גופים מרובים Multibody Dynamics, ואופטימיזציה.

הנדסה ביו רפואית - מהי ולמה היא כל כך חשובה ומשמעותית לחיים של כולנו
הנדסה ביו רפואית הינה תחום רחב ידיים המאגד בתוכו דיסציפלינות רבות כגון פיזיקה, ביולוגיה, מתמטיקה, אלקטרוניקה, הנדסה ועוד. מטרתה העיקרית של הנדסה ביו רפואית יצירת פתרונות לבעיות רבות מתחום הרפואה, בעזרת תכנון ופיתוח של מכשור רפואי, ומחקר של תופעות וסוגיות מהרפואה וממדעי החיים, לרווחתו ולתועלתו של המין האנושי.

ניסוי וטעייה בפיתוח מוצרים - מתומאס אדיסון ועד לזמנים המודרניים של היום
כולנו מכירים את תומאס אדיסון, הממציא האמריקאי הדגול שחי במחצית השניה של המאה ה- 19 ובשליש הראשון של המאה ה- 20. אדיסון נחשב באותו זמן לממציא הגדול ביותר בעולם והביא לקהל הרחב מספר רב מאוד של המצאות, פטנטים ושכלולים, המוכרים שבהם נורת הליבון החשמלית, הטלגרף ועוד המצאות רבות, חלקן שכלולים של המצאות קיימות, ושיא ברישום פטנטים של מעל לאלף הרשומים על שמו.

מרעיון ועד לשיווק: סימולציה מצמצמת את אי הוודאות בחדשנות מוצר
בתעשיית האלקטרוניקה של ימינו, חדשנות היא דבר הכרחי לטובת השגת צמיחה, כאשר זמן קצר בין שלב הרעיון על המוצר ועד להגעה לשלב שיווק המוצר בשוק - זהו המפתח להשגת ערך מקסימאלי. הטיעון כי הישגים עצומים אפשריים ע"י שיפור תהליכי קבלת ההחלטות בשלב מוקדם של המו"פ, ללא ספק נשמע ע"י רבים.

CAD - תכנון וייצור בעזרת מחשב – הטכנולוגיה מאחורי השיטה - כתבה חמישית בסדרה
26/03/15 | תוכנה
בארבע כתבות הספקנו להכיר את שיטת התכנון והייצור בעזרת מחשב, למדנו מי עושה בה שימוש ואילו שימושים נרחבים קיימים בעזרתה. בכתבה האחרונה בסדרה נבין מהי הטכנולוגיה העומדת מאחורי השיטה.

CAD - תכנון וייצור בעזרת מחשב - סוגים שונים של תוכנות - כתבה רביעית בסדרה
26/03/15 | תוכנה
בשלושת הכתבות הקודמות למדנו מהי טכנולוגיית תכנון וייצור בעזרת מחשב, סקרנו את המשתמשים בשיטה ומהם השימושים הרבים שנעשים בה ברחבי העולם. בכתבה רביעית זו נצלול יותר פנימה ונציג את סוגי ה- CAD הקיימים ומי עשוי למצוא שימוש בכל אחד מהם.
     
 
שיווק באינטרנט על ידי WSI