חישוב נומרי ואנליטי של זרימה חד פאזית בתרמוסיפון סגור בעל זוג תעלות גליליות קונצנטריות אנכיות עם מקורות חום מפוזרים

מערכת תרמוסיפונית קונבנציונלית מורכבת בדרך כלל ממקור חום הנמצא בחלקה התחתון ובור חום בחלקה העליון. זורם העבודה נע כלפי מעלה דרך הרגל החמה כתוצאה מהפרשי צפיפויות כאשר הוא מחומם במקור החום התחתון. בהגיעו לחלק העליון בו נמצא בור החום, הוא מתקרר ונע כלפי מטה דרך הרגל הקרה, וחוזר חלילה. במערכות הסעה טבעית ייחודיות מקורות ובורות החום יכולים להיות פזורים במערכת באופן שיכול לפגוע בתפקוד המערכת בתנאים מסויימים. דוגמה לכך היא מערכת ניסוי LORELEI בפרוייקט JHR, שייעודה לימוד התנהגות דלק גרעיני במהלך תקלת LOCA. במערכת זו, יוקרן דגם שייוצר ממוט דלק גרעיני, והספק החום שייווצר בו כתוצאה מביקועים יפונה באמצעות מים בזרימה תרמוסיפונית. הספק חום נוסף נוצר כתוצאה מקרינת גמא על חומרי המבנה של המערכת. מקורות החום הללו, כתלות ביחס ההספקים ביניהם, עלולים לגרום לתנאי זרימה לא רצויים כגון עצירת הזרימה או זרימה הפוכה ולפגיעה ביכולת פינוי החום מהמערכת. עבודה זו כוללת פיתוח מודל אנליטי ונומרי לשם ניתוח הזרימה התרמוסיפונית ומיפוי משטרי הזרימה במגוון תנאי חימום וקירור, לחצים וגיאומטריות. הוגדרה מערכת ניסוי המדמה את המערכת המתוכננת ב-JHR, בה מקורות החום הם גופי חימום חשמליים. המערכת מורכבת ממיכל לחץ גלילי המכיל במרכזו גוף חימום בצורת מוט המדמה דלק גרעיני. בין גוף החימום המרכזי למיכל הלחץ קיימת מחיצה היוצרת זוג תעלות זרימה אנולריות. על המיכל ועל המחיצה מותקנים גופי חימום המדמים השפעה של קרינת גמא על חומרי המבנה. מיכל הלחץ מלא כמעט כולו במים מזוקקים, כאשר בחלקו העליון מוכנס גז הליום בלחץ המאפשר עבודה בתנאים של נוזל דחוס בטמפרטורות גבוהות. זרימה מאולצת בתעלה המקיפה את חלקה החיצוני של דופן מיכל הלחץ משמשת כבור חום חיצוני. העבודה מתמקדת בניתוח מאפייני הזרימה ובוחנת את השפעת פילוג ייצור החום בחלקי המערכת השונים על הזרימה המושרית.