Brief

Progettare il sistema di raffreddamento del sottosistema Electron Cyclotron Upper Launcher del reattore a fusione nucleare ITER e validarlo in accordo ai codici costruttivi applicabili (ASME B31.3), tenendo in considerazione tutte le condizioni di carico associate alla condizioni di normale funzionamento ed agli scenari incidentali e accidentali postulati.

Sfide di progetto

• Progettazione di un Pressure Equipment utilizzato in una installazione nucleare, in accordo alle Direttive Europee ed alla normativa Francese.
• Eterogeneità delle condizioni di carico, da considerare singolarmente ed in combinazione, in accordo agli senari di riferimento.
• Necessità di simulazioni MultiFisica per l’analisi termo-strutturale della Port-plug sotto l’azione dei carichi termici, meccanici ed elettromagnetici applicabili.
• Verifica dell’integrità strutturale dei componenti del sistema mediante l’applicazione dei codici di costruzione applicabili.

Soluzione

• È stata realizzata la progettazione idraulica del circuito di raffreddamento e sono stati sviluppati i relativi Piping and Instrumentation Diagram e Process Flow Diagram.
• È stata realizzata la progettazione di dettaglio della porzione di circuito che realizza il primo confinamento del refrigerante (modello 3D e drawings).
• Sono state sviluppate simulazioni fluidodinamiche (CFD) del flusso del refrigerante all’interno del circuito al fine di valutare le perdite di carico e le distribuzioni di velocità.
• Sono state sviluppate simulazioni termo-strutturali mediante modelli agli elementi finiti (FEM) della porzione di circuito che realizza il primo confinamento del refrigerante sottoposta a carichi dinamici di natura sismica.
• È stato sviluppato un modello idraulico (1D) del circuito di raffreddamento, al fine di verificare l‘adeguatezza della architettura proposta rispetto ai requisiti applicabili (portata disponibile, temperatura di ingresso e massima temperatura di uscita, massima perdita di carico complessiva, minima portata da fornire a ciascun componente, massima perdita di carico introdotta da ciascun componente).
• I risultati delle analisi (distribuzioni di stress e spostamento) sono stati utilizzati al fine di verificare l’integrità strutturale dei componenti del circuito, mediante le regole definite dai codici di costruzione applicabili.

CFD: Computational fluid dynamics

FEM: Finite Element Method.

Risultati ottenuti

La progettazione è stata realizzata mediante CATIA V5 e ENOVIA V6 (3D model e drawings).

Le simulazioni numeriche sono state eseguite con ANSYS Workbench 18.2 e ANSYS Mechanical 18.2.

First mode of vibration

Second mode of vibration

Third mode of vibration

Steady-State thermal analyses

Static structural analyses