Engineering design of the Freeze Valve

Tato bakalářská práce se zabývá praktickým návrhem uzávěru s tuhnutím pracovní látky pro jaderná zařízení z hlediska výpočtového i konstrukčního. Úvodem jsou stručně popsány technologie jaderných reaktorů na rychlých neutronech a reaktorů s palivem rozpuštěným v taveninách fluoridových solí. Autor zdůrazňuje výhody jejich použití, díky kterým se mohou v budoucnu stát důležitou součástí jaderné energetiky. Pracovní látky použité pro výpočet jsou převzaty z těchto reaktorů – kapalný sodík a směs roztavených solí NaBF4-NaF. Autor se zde zabývá výběrem vhodných konstrukčních materiálů a způsoby přívodu a odvodu tepla z pracovní látky. Dále je zde zhodnoceno několik konstrukčních řešení uzávěru, přičemž ke zvoleným variantám je přiložena výkresová dokumentace. Tyto varianty v sobě zahrnují alternativní tvary uzávěrů a kanálů, ve kterých proudí teplosměnné médium – Fieldova trubka a uzávěr se šroubovicovým kanálem. Tyto koncepce umožňují rychlý odvod (přívod) tepla do pracovní látky a po ověření na zkušebním stendu by tyto uzávěry mohly pracovat v podmínkách jaderných zařízení. S pomocí dříve odvozených bezrozměrových rovnic popisujících nestacionární teplotní pole s fázovou přeměnou jsou vypočteny časy ochlazování a ohřevu za předpokladu nízkých Biotových čísel pro vybrané konstrukční řešení a pracovní látky.This bachelor´s thesis deals with practical design of freeze valve for nuclear facilities from both calculation and construction point of view. Firstly, a brief analysis of technologies of fast neutron reactors and reactors with fuel dissolved in melted fluorine salts has been done. The author points out the advantages of their use that may result in becoming an important part of nuclear power engineering. Working fluids are taken from these reactors – liquid sodium and mixture of molten salts NaBF4-NaF. The author deals with choice of suitable construction materials and ways of heat-transfer from working fluid. Secondly, several construction solutions have been assessed and project documentation has been created for some of them. These designs include alternative shapes of valves and canals, where heat exchanging medium flows – Field tube and valve with helix canal. These concepts allow fast intake (conducting away) of heat into the working fluid and after verification on an experimental stand these valves could work in conditions of nuclear facilities. Times of cooling and heating for chosen designs and working fluids are calculated by previously derived dimensionless equations describing transient heat-transfer field with phase change supposing low Biot numbers.