Además, el código TRACE5 dispone de unos modelos especiales cuya finalidad es me- jorar la simulación de determinados fenómenos termohidráulicos que pueden darse du- rante los diferentes transitorios. Entre ellos se encuentra el modelado de los cambios abruptos de área, el modelo de flujo crítico, el de flujo en contracorriente y el de offtake para la estratificación.
4.2.8.1. Cambios abruptos de área
Para resolver las ecuaciones de continuidad con la mayor precisión posible y ajustar el modelo es necesario que el usuario del código proporcione el valor de los coeficientes de fricción para el cálculo de las pérdidas de presión irreversibles y los cambios bruscos de área para las pérdidas de presión recuperables.
TRACE puede calcular las pérdidas irreversibles de manera automática si se selecciona el modo de cálculo deseado para cada celda a través del parámetro NFF:
NFF = 0 Fricción constante a partir del factor de fricción introdu- cido por el usuario mediante el factor KFAC.
NFF = 1 Es la opción por defecto y considera el factor de fricción introducido mediante el factor KFAC y una corrección al flujo bifásico mediante términos de viscosidad.
NFF = -1 Es igual que la opción NNF = 1 pero añadiendo un cálculo de pérdidas por cambios de área realizados internamente por el código TRACE.
NFF = -100 Tiene en cuenta únicamente el factor interno de TRACE para cambios de sección. Se utiliza cuando es previsible que las condiciones se aproximen a las de flujo crítico.
4.2.8.2. Modelo de flujo crítico o choked flow
La condición de flujo crítico o choked flow aparece cuando el caudal másico descargado desde una tubería es independiente de las condiciones que se den aguas abajo. Este fe- nómeno se produce cuando la velocidad del fluido es igual o mayor a la velocidad local del sonido (Chung, 2005; Trapp y Ransom, 1982) y suele deberse a expansiones o com- presiones bruscas en conductos de sección variable. Además, se puede forzar su apari- ción en un punto localizado haciendo uso de gargantas como es el caso de las toberas convergentes-divergentes.
En el caso de accidente en una central nuclear, el flujo crítico puede darse por ejemplo en roturas de conducciones que comunican puntos entre los que existe una gran diferen- cia de presión. Las ecuaciones que modelan el comportamiento en condiciones subcríti- cas dejan de ser válidas para flujo supersónico.
Debido a la posibilidad de que TRACE asuma condiciones de flujo crítico sin que existan en realidad, se hace necesario un modelo independiente para el cálculo del flujo crítico que debe ser activado por el usuario. Este modelo calcula las condiciones para que se produzca flujo crítico en el punto de cálculo y las compara con los resultados de TRACE para ese punto. Si el flujo calculado por TRACE es crítico entonces se adaptan las varia- bles a las condiciones de flujo crítico.
En TRACE, el modelo de flujo crítico se compone de tres modelos diferentes que repre- sentan los posibles regímenes de fluido que pueden tenerse en estas condiciones. Para líquido subenfriado se aplica un modelo modificado del modelo de Burnell, que es bási- camente el mismo que se utiliza en el código RELAP 5 (US Nuclear Regulatory Com- mission, 2005). Para flujo bifásico líquido-vapor se utiliza una extensión del modelo desarrollado por Trapp y Ransom (Trapp y Ransom, 1982) y para flujo monofásico va- por, el modelo se basa en una expansión isoentrópica de un gas ideal (Division of Risk Assessment and Special Projects, 2007a).
El usuario puede introducir dos coeficientes para estos modelos, uno para flujo monofá- sico líquido y otro para flujo bifásico (Freixa y Manera, 2010). En el manual de usuario del código TRACE (Division of Risk Assessment and Special Projects, 2007b) define los valores de defecto para dichos coeficientes igual a 1.0. Sin embargo, dependiendo
del transitorio que se quiere reproducir se ha realizado un análisis de sensibilidad para obtener los coeficientes del moldeo de flujo crítico que más aproximan los resultados de simulación a los resultados experimentales.
4.2.8.3. Modelo de flujo a contracorriente (CCFL)
El flujo a contracorriente y su límite, el CCFL (Counter Current Flow Limit), pueden ocurrir en cualquier lugar en el sistema del reactor. Por ejemplo, en caso de condensación por reflujo asociada a un transitorio SBLOCA, se prevé que exista flujo a contracorriente en las ramas calientes y en la entrada a los tubos en U de los generadores de vapor. En la vasija, el flujo a contracorriente puede ocurrir durante el blowdown cuando el lí- quido del sistema de refrigeración intenta rellenar el downcomer. Durante la reinunda- ción puede aparecer flujo a contracorriente en la placa de anclaje superior del núcleo, donde el flujo de vapor ascendente previene o limita la caída del líquido. Este fenómeno es de especial importancia en aquellos sistemas que emplean inyección en el upper ple-
num.
Excluyendo la transferencia de masa, la predicción precisa de los flujos depende princi- palmente de la fricción interfacial, que a su vez depende de la predicción adecuada del régimen de flujo. Para un régimen de flujo dado, el CCFL ocurre habitualmente cuando aparece una restricción del área de flujo. Puede ocurrir que, en caso de no utilizarse el modelo CCFL, TRACE prediga el punto de inflexión de cero transferencia de líquido pero sobreestime la cantidad de líquido en la región de flujo a contracorriente. Para me- jorar el cálculo en esta región existe un modelo especial que permite al usuario imple- mentar correlaciones características diferentes para el CCFL en dirección axial en zonas específicas del modelo de vasija en 3D o en componentes verticales en 1D. Estas corre- laciones (Bankoff, Wallis o Kutateladze) permiten al usuario escoger los parámetros ca- racterísticos de la curva de inundación para una geometría y una localización determina- das (Division of Risk Assessment and Special Projects, 2007a).
4.2.8.4. Modelo offtake
El modelo offtake se incluye para modelar de manera precisa situaciones de fuga de re- frigerante en condiciones de flujo estratificado. En estas condiciones, la ubicación exacta de la rotura, en la parte de abajo, arriba o a un lado de la conducción, afecta a la fracción de huecos y a la cantidad de refrigerante que se descarga por ella.
Cuando la rotura se sitúa en la parte superior de la conducción, en condiciones de flujo estratificado puede producirse el denominado liquid entrainment, que causa que una co- lumna de líquido alcance la rotura desde la línea de líquido y que salga al exterior junto con el vapor. Si la rotura está situada en la parte inferior de la tubería, el vapor que se acumula en la parte alta de ésta puede atravesar la película de líquido y salir al exterior. Este fenómeno es conocido como vapor pull-through.
La activación por el usuario de la opción del modelo offtake y la especificación del lugar de la rotura activa el cálculo de un modelo empírico para la salida de refrigerante por la rotura con condiciones de vapor pull-through o liquid entrainment en caso de existir (Reimann et al., 1984).