Benchmarking Thermal-hydraulic analysis code RELAP5/MOD3.2.2 beta for lead bismuth eutectic alloy on Nacie facility tests of natural and gas enhanced circulation

In the last years a renewed interest on the technologies associated with the use of Heavy Liquid Metals (HLM) is taking place due to the initiatives of Generation IV and European development for Fast Reactors with closed fuel cycle as well as Actinide burners. The lead-bismuth eutectic (LBE) alloys is mainly used in experimental facilities due to its lower melting point respect to lead, since the two fluids are completely equivalent, at least from a thermal-hydraulic point of view. The main purpose of this work is to benchmark the RELAP5/MOD3.2.2 Beta thermal-hydraulic analysis code, on the basis of natural and gas enhanced circulation data obtained on NAtural CIrculation Experiment facility (NACIE). The validation activities are carried out in two steps: in the first, a thermal-hydraulic model is built for NACIE natural circulation test 301, in which a sensitivity on different concentrated hydraulic loss models is done to identify values applicable to the NACIE pressure drops. Particular attention is given to those peculiar NACIE discontinuity points for which, at present, dedicated correlations do not still exist. For these points, the selection of the more suitable concentrated hydraulic loss models, among those taken from literature, has been performed on the basis of a validation process involving the comparison with computational fluid-dynamic calculation results. The NACIE model has been updated, then, to the latest geometry review, and on the basis of the results of the hydraulic characterization of geometric discontinuities. In the last step the validation of the model of interphase friction forces with the “drift flux” method, implemented in RELAP5, has been performed on gas-enhanced circulation test, using the same hydraulic model used for the natural circulation: as the void fraction has shown only a negligible overestimation, the conclusion has been that the interfacial friction forces model is capable to reproduce a reliable result for the two-phase mixture, while the predicted mass flow rate has fallen within the uncertainty range of the experimental value, a fact that constitutes a further validation of the hydraulic model set.

A causa del rinnovato interesse nella ricerca su reattori refrigerati con metalli liquidi pesanti (HLM), la lega eutettica di piombo-bismuto (LBE) è oggetto di studio, per un suo sviluppo simultaneo come refrigerante per reattori, e come bersaglio per spallazione per protoni accelerati, nel quadro delle iniziative di Generation IV e dello sviluppo europeo di reattori veloci. Una delle motivazioni principali dello studio di questa lega è quella di essere equivalente al piombo sotto il profilo termo-idraulico: grazie al fatto che la lega in questione sia caratterizzata da una temperatura di fusione molto più bassa, impianti sperimentali con LBE circolante possono essere eserciti fuori dal range di temperatura in cui incorrono fenomeni corrosivi, al fine di studiare il comportamento termo-idraulico dell'altro metallo liquido pesante, il piombo, in vista dello sviluppo della filiera di reattori veloci raffreddati da quest'ultimo termovettore (Lead Fast Reactor, o LFR). Interessanti progetti in questo quadro, sono quelli legati ai reattori sottocritici per il bruciamento di rifiuti ad alta vita radioattiva: la sottocriticità neutronica è una scelta utile sotto il profilo della sicurezza, poiché la frazione di neutroni ritardati, funzionale al controllo di un reattore critico, viene considerevolmente ridotta dall'aggiunta degli attinidi minori. Per questo motivo il bilancio neutronico verrebbe mantenuto da neutroni generati da reazioni di spallazione, dovute a fasci di protoni accelerati con i quali si bombarderebbero nuclei pesanti come, appunto, il piombo. Uno dei progetti attualmente in fase di sviluppo presso il centro di ricerca belga del SCK-CEN, è rappresentato dal reattore MYRRHA (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications), raffreddato con LBE in circolazione forzata: uno dei principali scopi di questo progetto è quello di costruire un dimostratore per la tecnologia dei reattori sottocritici accoppiati con acceleratori di protoni, aventi come scopo il bruciamento degli attinidi minori sotto flussi neutronici veloci, in vista del raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità per la gestione dei rifiuti ad alta vita radioattiva. In questo contesto, è stata creata la task force LACANES (Lead-Alloy-Cooled Advanced Nuclear Energy Systems) per lo studio del comportamento termico e idraulico dei metalli liquidi pesanti, la quale ha accettato di utilizzare i dati sperimentali ottenuti sul circuito sperimentale NACIE (NAtural CIrculation Experiment) nei laboratori di ENEA del Brasimone: i suddetti dati sperimentali vengono utilizzati in un benchmark, per una validazione comparata dei codici di analisi termo-idraulica, utilizzati da ciascun partecipante. Lo scopo di questo lavoro di tesi, svolto presso ANSALDO NUCLEARE, è quello di validare il codice di analisi termo-idraulica RELAP5/MOD3.2.2 Beta sulla base di due esperimenti, eseguiti sul circuito sperimentale NACIE: uno in circolazione naturale (test 301) e l'altro in circolazione naturale assistita da gas (test 206). L'impianto sperimentale è un semplice circuito idraulico composto da: un tubo verticale detto “riser”, nel quale è ospitato il fascio di barre scaldanti, oltre che la cannula per l'iniezione dell'argon, e nel quale si vuole avere un flusso ascendente di piombo-bismuto, o a causa delle forze di galleggiamento, o per trascinamento da parte del gas iniettato; un tubo verticale detto “downcomer”, sul quale è installato lo scambiatore ad acqua, grazie al quale si vuole avere un flusso discendente nell'esperimento a circolazione naturale; due tubi orizzontali per congiungere riser e downcomer; un vaso di espansione per contenere l'espansione termica del piombo-bismuto, nonché per separare la fase gassosa da quella liquida. La fenomenologia caratterizzante il test a circolazione naturale consiste nell'instaurarsi di una portata massica di loop stazionaria a causa del bilanciamento di due meccanismi: uno è costituito dalla prevalenza termica, l'altro è costituito dalle perdite di carico del circuito, sia distribuite che concentrate. La prevalenza termica dipende dalla differenza di densità tra gamba calda e gamba fredda, la quale è pilotata dalla differenza di temperatura, che a sua volte è funzione della potenza. L'altro termine da cui la prevalenza termica dipende (e in tal caso linearmente) consiste nella distanza tra la mezzeria dell'altezza della sezione scaldante, e la mezzeria dell'altezza dello scambiatore di calore nell’ipotesi di schematizzare il circuito come contraddistinto da due temperature: la temperatura di gamba calda (hot leg), ovvero la temperatura all’uscita della sezione scaldante, e la temperatura di gamba fredda (cold leg), ovvero la temperatura all’uscita del pozzo di calore (scambiatore). Questi due fattori sono moltiplicati a loro volta all'accelerazione gravitazionale. Le perdite di carico distribuite sono caratterizzate in funzione di parametri geometrici del circuito, come lunghezze e aree di passaggio, oltre che da proprietà del fluido, come la densità, e da parametri idraulici, che sono il diametro idraulico e la rugosità superficiale delle tubazioni. Per la caratterizzazione delle perdite di carico concentrate è necessario, invece, determinare i rispettivi coefficienti di perdita di carico. Pertanto i passi seguiti nella costruzione del modello termo-idraulico (T/H) RELAP5 di NACIE sono sostanzialmente tre: il primo consiste nella definizione della geometria del loop, dei diametri idraulici, nonché della rugosità superficiale sul circuito. (Queste impostazioni del modello consentono di calcolare le perdite idrauliche distribuite); il secondo consiste nella valutazione dei coefficienti di perdita di carico concentrata alle parti del circuito che rappresentano discontinuità geometriche, attraverso correlazioni scelte da letteratura. Data la specificità di alcune discontinuità del circuito NACIE la validazione dei valori dei coefficienti di perdita di carico concentrata così ottenuta è effettuata tramite il paragone con coefficienti ottenuti dai risultati delle simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD); il terzo passo prevede l'introduzione nel modello termo-idraulico di NACIE delle strutture termiche per la simulazione della generazione di potenza nella heating section nonché dello scambio termico tra barre scaldanti e il refrigerante primario (LBE) nel riser, e dello scambio termico tra il refrigerante primario e il refrigerante secondario (i.e. l’acqua fredda) nello scambiatore di calore, rappresentante il pozzo termico del sistema. Nel test a circolazione naturale assistita da iniezione di gas la circolazione della portata massica di LBE stazionaria è determinata, anche in questo caso, dal bilanciamento tra un termine di prevalenza e un termine di dissipazione idraulica. Con riferimento ad un bilancio espresso per la fase liquida, il termine di prevalenza è rappresentato dal prodotto di una forza volumica di trascinamento interfasica, e dalla profondità di iniezione dell'argon rispetto al battente del LBE; mentre il termine di dissipazione idraulica consiste nella somma delle perdite di carico concentrate e distribuite nel circuito partizionate alla sola fase liquida. Il termine rappresentante il trascinamento di una fase sull'altra è presente nell'equazione di bilancio della quantità di moto della fase gassosa, relativa ad un sottovolume del riser, che controbilancia, assieme alla resistenza idraulica a parete, la forza di galleggiamento del gas iniettato. Per determinare questa forza sono stati sviluppati diversi metodi, uno dei quali, detto del “drift flux”(di Chexal-Lellouche) è quello che si intende validare in questo lavoro di tesi. Rispetto al test di circolazione naturale in cui il refrigerante è monofase in tutto il circuito, il calcolo delle perdite di carico nel riser presenta alcune differenze: in questa zona è presente un flusso bifase, e le perdite di carico vengono prima calcolate dal codice per entrambe le fasi (secondo il metodo di Lockhart-Martinelli), e poi partizionate (secondo il metodo di Crisholm) per ciascuna. In questo caso si procede metodologicamente simulando il test in circolazione naturale assistita con lo stesso modello idraulico del test in circolazione naturale, per poi stimare l'accuratezza della frazione di vuoto predetta. Nella prima parte del lavoro è stato costruito il modello termo-idraulico RELAP5 di NACIE per la simulazione del test 301, ovvero quello a circolazione naturale, definendo il circuito idraulico del piombo attraverso elementi idrodinamici, ovvero “pipes”, “annuli” e “time dependent volume”, con i quali il suddetto circuito viene diviso, connessi tra di loro attraverso altri elementi detti “single junctions” o “time dependent junctions”. Ciascun elemento idrodinamico risulta diviso in diversi sottovolumi, connessi tra di loro da giunzioni interne: questi sottovolumi rappresentano i nodi del circuito, ovvero quegli elementi in cui le equazioni di bilancio vengono risolte localmente, ottenendo per ciascuno di loro i rispettivi valori delle sette variabili dipendenti del circuito, ovvero energie interne di ciascuna fase, le velocità delle due fasi, pressione, frazione di vuoto e frazione di incondensabili nel gas. Dal momento che questo test prevede lo scambio termico tra LBE e acqua allo scambiatore, un altro circuito idraulico ad acqua viene inserito, in cui si specifica la temperatura in ingresso nonché la sua portata massica attraverso gli specifici elementi idraulici. Lo scambio termico tra LBE ed acqua allo scambiatore avviene tramite una struttura termica che simula la parete dello scambiatore, mentre un'altra struttura termica è inserita nel riser allo scopo di simulare la sezione scaldante, cioè la potenza generata alle barre scaldanti (potenza imposta). La struttura termica che simula le pareti dei tubi dello scambiatore di calore è connessa termicamente ai volumi idrodinamici che simulano il lato acqua e il lato LBE dello scambiatore tramite una condizione di scambio termico convettivo. La struttura termita simulante la heat source prevede una condizione di scambio termico convettivo con il LBE sulla superficie delle barre. Nel primo modello termo-idraulico di NACIE, a causa della mancanza o della contraddittorietà di alcune informazioni all'interno delle specifiche del benchmark, sono state fatte diverse assunzioni. In particolare si sono fatte assunzioni sulla geometria, a volte descritta in modo non univoco, nonché è stato deciso di eseguire analisi di sensibilità su parametri non specificati: questi sono, nello specifico, la rugosità superficiale dei tubi e le conducibilità termica delle polveri di acciaio inossidabile, che vengono inserite in un'intercapedine tra il tubo interno e l'annulo esterno dello scambiatore di calore. Le temperature di gamba fredda e gamba calda sono ottenute nell'ipotesi una conducibilità termica delle polveri di acciaio pari a circa l'11,5% quella dell'AISI 304, mentre l'analisi di sensibilità sul valore della rugosità superficiale dei tubi ha predetto portate massiche di piombo-bismuto entro una banda del 5% di inaccuratezza da quella sperimentale (4,65kg/s) solo per alti valori di rugosità superficiale (200µm, 300µm), suggerendo la possibilità di una sottostima delle perdite di carico del circuito. Un'ulteriore analisi di sensibilità è stata fatta sul coefficiente di perdita di carico concentrata delle due griglie, distanziatrice e superiore del fascio di barre scaldanti nel riser, supposte, in prima approssimazione, uguali tra di loro: il suddetto coefficiente è stato ottenuto con due correlazioni diverse, di cui la prima, detta correlazione di Rehme, è stata ricavata per griglie nei fasci di barre scaldanti, mentre la seconda per il caso generico di un'ostruzione lungo il condotto (secondo l'Idelchick handbook). I risultati di questa analisi danno coefficienti diversi tra loro (0,05 contro 0,21, considerati sull'area della sezione ristretta dalla griglia), nonché portate massiche molto ravvicinate tra di loro, segnalando quindi l'irrilevanza di questa dissipazione nell'economia della dissipazione complessiva (perdite di carico concentrate più distribuite) del circuito. Nonostante questo impatto molto modesto sulla portata massica (2%), la perdita di carico concentrata in oggetto è stata studiata tramite analisi fluidodinamica computazionale (CFD), dalla quale è stata riscontrata piena corrispondenza tra il coefficiente di perdita di carico concentrata di una delle correlazioni studiate in precedenza (Rehme, coefficiente pari a circa 0,05), con quello derivato dai risultati di quest'ultima analisi (CFD, coefficiente pari a circa 0,06). In chiusura di queste prime simulazioni, il modello idraulico per il test 301, è stato usato nel test isotermo a circolazione naturale assistita da gas (206) eseguendo la stessa analisi di sensibilità sulla rugosità. Le portate predette sono abbastanza distanti da quella sperimentale (13,7kg/s) per tutti i valori di rugosità considerati suggerendo nuovamente una possibile insufficienza nella caratterizzazione idraulica delle perdite di carico del circuito: in particolare si va dal 10% al 15% di inaccuratezza per alti valori di rugosità superficiale (200µm, 300µm), fino al 30% per bassi valori di rugosità superficiale (10µm, 50µm). Da questo primo modello si è poi proceduto ad un affinamento attraverso successive revisioni, consistenti con i nuovi aggiornamenti delle specifiche del benchmark. Nella prima revisione al modello termo-idraulico a circolazione naturale (test 301), a seguito di nuove informazioni incluse nelle specifiche, viene cambiata la griglia superiore della sezione scaldante, con una molto più dissipativa. Come fatto in precedenza, due distinte correlazioni da letteratura vengono utilizzate per ricavare i coefficienti di perdita di carico concentrate da ascrivere alla stessa griglia: uno è ricavato dalla stessa correlazione di Rehme usata in precedenza per le griglie nei fasci di barre scaldanti (coefficiente pari a 1,18 riferito alla sezione ristretta), l'altro dalla correlazione generica per gli orifizi in un condotto (secondo Idelchick: coefficiente intorno allo 0,7 riferito alla stessa sezione del precedente). Questi coefficienti, come fatto in precedenza, vengono poi confrontati con quello ricavato dai risultati dell'analisi CFD, pari a circa 0,55, riferito alla sezione ristretta. Una nuova analisi CFD è stata rieseguita per la griglia spaziatrice, la cui configurazione, riproposta nella revisione delle specifiche, ha subito piccole modifiche, confermando un risultato poco distante da quello ottenuto in precedenza (coefficiente di circa 0,04 da CFD, contro uno di circa 0,06 dalla correlazione di Rehme, riferiti alla sezione ristretta). In seguito sono state lanciate simulazioni, considerando rugosità superficiali per i tubi del circuito pari a 50µm e 100µm (ritenute più vicine al valore presunto della reale rugosità delle tubazioni), e variando il valore del coefficiente di perdita di carico concentrata della griglia superiore, utilizzando sia quelli ottenuti da correlazione, sia quello ottenuto da CFD. Per quanto la predizione di portata massica per il più grande dei coefficienti da letteratura (1,18 dalla correlazione di Rehme) fosse molto vicina a quella sperimentale (4,658kg/s per un valore di rugosità di 50µm), l'altro coefficiente (0,7, dalla correlazione Idelchick per gli orifizi), per il quale si ottengono risultati superiori ai 4,7kg/s, è stato scelto come il più realistico, poiché più vicino a quello ottenuto da analisi CFD. In tal caso la portata massica predetta è di poco superiore ai 4,8kg/s per un valore di rugosità superficiale di 50µm, mentre è intorno ai 4,73kg/s per un valore di rugosità superficiale di 100µm. La seconda revisione al modello termo-idraulico a circolazione naturale (test 301) include: una modifica geometrica della sezione del riser, ottenuta in seguito a nuove informazioni provenienti dai laboratori del Brasimone, in cui il fascio di barre risulta più corto, nonché la sezione scaldante risulta posizionarsi più in basso; l'estensione della metodologia per la caratterizzazione delle perdite di carico delle diverse discontinuità geometriche non trattate esplicitamente in letteratura, per le quali, inizialmente, si è tentato una descrizione tramite correlazioni riguardanti casi similari. In particolare, nella metodologia presa in considerazione (come anche già applicato alle griglie del bundle), i coefficienti di perdita di carico concentrata ottenuti da letteratura, vengono confrontati con quello ottenuto da un risultato CFD, e tra i primi viene scelto quello che più si avvicina a quest'ultimo. L'approccio CFD permette, infatti, di considerare distribuzioni tridimensionali delle varie grandezze fluidodinamiche andando ad analizzare l'importanza dei meccanismi dissipativi generati dalle varie discontinuità geometriche, nonché dei vari ostacoli al moto del fluido. Un'analisi di sensibilità è eseguita tra la vecchia e la nuova configurazione geometrica di NACIE, usando gli stessi coefficienti di perdita di carico concentrata per le due simulazioni, e una rugosità superficiale dei tubi di 50µm: la variazione del valore di portata massica tra la nuova e la vecchia geometria è maggiore di 0,3kg/s. Questo incremento era atteso a causa del fatto che la porzione di riser ingombrata dal fascio di barre risulta minore. Un altro motivo di questo incremento è costituito dal fatto che la sezione scaldante si situi ad una quota più bassa di quella considerata in precedenza, aumentando così la driving force del fenomeno di circolazione naturale. Grazie alle informazioni giunte dai responsabili dell'impianto del Brasimone, la rugosità dei tubi è stata definita pari a 32µm: con questo dato e la geometria finale di NACIE, nonché i coefficienti di perdita di carico concentrata da correlazione validati da quelli CFD si è potuto ricavare un valore di 5,19kg/s come portata massica, distante di circa il 10% da quella di target. Allo scopo di valutare l'origine di questa inaccuratezza è stato deciso di effettuare un'ulteriore revisione al modello includendo anche le dispersioni di calore del circuito, trascurate in precedenza, come suggerito dalle specifiche del benchmark, nonché di effettuare un'analisi dei dati per stimare l'errore di misura del target value. La quarta revisione del modello termo-idraulico in circolazione naturale (test 301), come già menzionato, include il modello di dispersione termica, introducendo strutture termiche a simulare le pareti metalliche dei tubi di NACIE (eccetto che al vaso di espansione). Il coefficiente universale di scambio termico convettivo alla parete esterna dei tubi del circuito, ottenuto tramite l'analisi di un transitorio di raffreddamento per dispersione nel test 206, viene imposto come condizione a contorno assieme alla specifica di una fissata temperatura relativa all'ambiente esterno. Una simulazione è stata lanciata, dimostrando, in concordanza con le aspettative, che l'inclusione della dispersione termica, genera una trascurabile variazione di portata, che scende da 5,19kg/s a 5,167kg/s: l'effetto sulla portata della maggiore diminuzione della temperatura di gamba calda, rispetto alla diminuzione della temperatura di gamba fredda, è smorzato dalla retroazione correlata al fatto che il circuito lavori a potenza imposta. Si è ritenuto importante fare anche un'analisi dei dati sperimentali del test 301, forniti dai laboratori del Brasimone: dal momento infatti che il valore di portata è stato ricavato indirettamente tramite bilancio termico, la procedura in questione introduce una fonte di incertezza sul risultato a causa, soprattutto, della risoluzione di 1°C delle due termocoppie usate per il bilancio, non quantificata peraltro dagli autori della benchmark specification. Questo dato di per sé determina un errore assoluto di 2°C su un salto di temperatura allo scambiatore LBE/acqua di 30°C, corrispondente ad un errore relativo sulla temperatura di quasi il 7%. Considerando tutti i contributi, l'errore relativo sulla portata massica ammonta a circa il 14% del suo valore nominale (aggiornato al valore medio calcolato di 4,6kg/s), determinando così una banda di incertezza avente come limite superiore 5,24kg/s. Ricordando il fatto che l'inaccuratezza della portata massica predetta dal codice è pari a circa il 12% del valore medio della portata sperimentale si può affermare che essa, rientrando nella fascia di incertezza del valore sperimentale, accredita la predizione di portata come un buon risultato e conseguentemente il modello RELAP5 di NACIE come sufficientemente rappresentativo del comportamento della facility. Considerati i dati sperimentali di un altro test in circolazione naturale a potenza ridotta (test 201, P=9.7kW)), viene effettuata una simulazione, per la quale è stato usato lo stesso modello termo-idraulico del test 301, trovando una portata di circa il 7% superiore a quella sperimentale di 3,62kg/s, la quale tuttavia è affetta di un'incertezza pari al 30% del suo valore nominale, secondo le valutazione qui effettuate sulla base dei dati sperimentali. Grazie a quest'ultimo confronto tra la predizione di portata massica con dati sperimentali in un test a circolazione naturale, è possibile, infine, tracciare un andamento della portata in funzione della potenza della sezione scaldante, la quale, per il range di potenza considerato cade all'interno della banda di incertezza sperimentale, validando così il modello termo-idraulico: in ogni caso si deve tener presente che la banda di incertezza sul valor medio di portata sperimentale è molto larga, facendo sì che eventuali imprecisioni sul modello idraulico rimangano nascoste. In aggiunta, si trova che la portata massica è proporzionale alla potenza termica fornita al circuito elevata all'esponente di 0.36, mostrando come l'andamento in questione risulti molto simile a quello semplificato proposto nell'analisi fenomenologica (avente un esponente di 1/3). Nella seconda parte del lavoro si vuole valutare l'accuratezza del modello per il calcolo delle forze di attrito interfasiche, basato sul metodo del “drift flux”, utilizzato dal codice per flussi verticali in regime di moto a bolle e di moto a tappi, il quale è il responsabile della circolazione di una portata all'interno del circuito nel caso del test in circolazione naturale assistita da gas (test 206). Il modello termo-idraulico messo a punto per il test in circolazione naturale viene utilizzato per questo test isotermo, predicendo una portata massica di 15,4kg/s, superiore del 12,6% a quella riportata nelle specifiche del benchmark. Come si vede l'errore della predizione nel caso bifase è pari a quello del monofase: questo risultato, anche prescindendo da una valutazione comparata con la banda di incertezza della misura sperimentale conferma la bontà del modello, il quale, in una situazione fenomenologica molto più complessa (la circolazione bifase), non amplifica la discrepanza tra la predizione di portata e il valore misurato rispetto a quella valutata con riferimento alla circolazione monofase. Ciò porta alla conferma dell'adeguatezza, in questa situazione, del modello che calcola le forze di attrito di interfaccia: di ciò si è cercato di dare una giustificazione indipendentemente, e si è pertanto calcolato l'errore della predizione della frazione di vuoto legato all'approccio di RELAP5 di associare a ciascun nodo idrodinamico del dominio un singolo valore di pressione per entrambe le fasi, mentre, in realtà, gli effetti di tensione superficiale farebbero sì che la pressione della fase gassosa sia più alta. Tenendo conto di quest'ultimo effetto legato alla tensione superficiale, l'errore della predizione sulla frazione di vuoto all'interno del riser è stato stimato essere di circa l'1% in sovrastima, che quindi si può considerare irrilevante. Questo dato è un'ulteriore conferma dell'accuratezza del modello per il calcolo delle forze di interfaccia superficiale con il metodo dello scorrimento di flusso, nel range di frazione di vuoto tipico del test 206, ovvero tra 0 e 0,1: il suddetto risultato è anche riportato in letteratura(e referenziato nel presente documento) per un modello RELAP5 dell'impianto sperimentale ETGAR-3, in cui la circolazione di una portata massica di LBE viene innescata dal trascinamento da parte di vapor d'acqua iniettato in una colonna verticale. Ricevute informazioni sulla strumentazione di portata usata nel test 206 dai tecnici dei laboratori del Brasimone, si ricava un intervallo di incertezza pari a circa il 22% del valore nominale misurato dal flussometro ad induzione magnetica: si può concludere che la portata massica trovata nella predizione del test 206, pari a 15,4kg/s, sia compresa quindi nell'intervallo di incertezza del dato sperimentale, confermando la validità del modello termo-idraulico di NACIE attraverso l’utilizzo dei dati sperimentali di questo secondo test. Come conclusione di questo lavoro di tesi, si può affermare che il modello termo-idraulico di NACIE messo a punto per queste simulazioni rappresenti un primo passo sostanziale per la modellizzazione completa dell'impianto sperimentale. Ulteriori raffinamenti del modello termo-idraulico saranno comunque possibili rimuovendo, ad esempio, alcune approssimazioni della geometria imposte dalle specifiche del benchmark (come ad esempio l’aver trascurato l’ingombro nel riser prodotto dai numerosi cavi connessi alla strumentazione (termocoppie) di parete delle barre scaldanti), ma più che altro dopo la campagna prove su NACIE-UP, il circuito migliorato di NACIE, per cui sono previste misure di portata precise in tutto il range di portate investigate, che vanno da qualche kg/s a circa 20kg/s, nonché misure di pressione e misure di differenze di pressione nei punti notevoli del circuito. Queste ultime, in particolare, consentiranno di mettere a punto i modelli di caratterizzazione idraulica delle discontinuità geometriche dell'impianto, importanti per la generazione di utili linee guida di modellizzazione dei circuiti a metallo liquido. Proprio l'assenza di questo tipo di misura ha portato all'adozione della metodologia seguita nel presente lavoro di validare i coefficienti di perdita idraulica concentrata, calcolati secondo letteratura, tramite un'analisi CFD delle discontinuità, consentendo già una prima scrematura atta ad individuare quelle correlazioni empiriche più rappresentative a cui fare riferimento. I risultati raccolti nello svolgimento di questo lavoro sono stati pubblicati nel paper “Cross-comparison of one-dimensional thermal-hydraulic codes on natural circulation analysis of NACIE loop test for Lead-Alloy Cooled Advanced Nuclear Energy Systems (LACANES)1” in occasione del meeting di ICONE22 (Praga, 4-11 Luglio 2014).