ANALISIS TERMAL-ALIRAN KISI BAHAN BAKAR BOLA TERAS RGTT200K DENGAN FLUENT

Abstract

Sejalan dengan Perpres No.5/2010, PTRKN-BATAN mengembangkan dua varian desain konseptual reaktor daya maju kogenerasi, yaitu RGTT200K dan RGTT200KT. Energi termal pada kedua sistem reaktor ini dipasok oleh teras reaktor berbahan bakar bola dengan daya termal 200 MWt. Komposisi geometri dan struktur teras didesain agar dapat menghasilkan keluaran pendingin gas helium bertemperatur 950^OC sehingga dapat digunakan untuk produksi hidrogen dan atau unit industri proses lainnya secara kogeneratif. Luaran gas helium bertemperatur sangat tinggi ini akan menimbulkan tegangan termal pada bola bahan bakar yang mengancam integritas sistem pengungkungan produk fisi di dalamnya. Oleh karena itu perlu dilakukan analisis termal-aliran untuk mengetahui distribusi temperatur dan aliran pendingin gas helium dalam kisi bahan bakar bola. Salah satu cara terbaik untuk melakukan analisis termal-aliran adalah dengan pemodelan tiga dimensi menggunakan perangkat lunak komputasi dinamika fluida (computational fluid dynamics) yang teruji. Dalam penelitian ini digunakan perangkat lunak FLUENT 6.3. Analisis termal aliran pada kisi bola bahan bakar dilakukan dengan memodelkan dinamika fluida pendingin dengan perpindahan panas kombinasi tiga moda, konduksi, konveksi dan radiasi, serta mempertimbangkan adanya turbulensi aliran gas. Model Discret Ordinate dan Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) masing-masing digunakan dalam perhitungan perpindahan panas radiasi dan turbulensi. Dari distribusi temperatur bola bahan bakar hasil pemodelan CFD dengan aliran turbulen pada pendinginnya diketahui bahwa temperatur maksimum bahan bakar bola mencapai 1036,1^OC. Temperatur setinggi ini masih jauh dari temperatur yang dapat menyebabkan kegagalan pengungkungan produksi fisi, yaitu 1600^OC.

Kata kunci: pemodelan pendinginan, model kisi kubus sederhana, reaktor kogenerasi, RGTT, komputasi dinamika fluida

In accordance to the Presidential Regulation No.5/2010, PTRKN-BATAN develops two variants of conceptual design of the cogeneration advanced power reactor, i.e. RGTT200K and RGTT200KT. Thermal energy of both reactor systems are supplied by the pebble fueled reactor core with 200 MWt thermal powers. The geometry and structure of the core is designed to produce the output of helium gas coolant temperature as high as 950^OC to be used for hydrogen production and/or other process industry in co-generative way. Output of very high temperature helium gas will cause thermal stress on the pebble fuel that threats the integrity of fission products confinement on it. Therefore it is necessary to perform thermal-flow analysis to determine the temperature distribution and the helium coolant flow in the pebble fuel lattice. One of the best practices to performing thermal-flow analysis is carried out by three dimensional modeling with proven computational fluid dynamics (CFD) software. The FLUENT 6.3 CFD software was used in this study. Pebble lattice thermal-flow analysis was performed by modeling the fluid dynamics of the coolant with a combination of the three modes of heat transfer, conduction, convection and radiation, as well as considering the turbulence of the helium gas coolant stream. Discrete ordinate and Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) models are used in the calculation of the radiation heat transfer and turbulence respectively. From temperature distribution in the pebble fuel that resulting from CFD modeling with turbulen flow in the coolant it was known that the maximum pebble fuel temperature reaches 1036,1^OC. This temperature is far from the temperature which can lead to failure of the fission product confinement, i.e. 1600^OC.

Keywords: coolant modeling, simple cubic lattice model, co-generation reactors, HTGR, computational fluid dynamics