Simulering af turbulente boblende strømme i atomreaktorer

Inde i atomreaktorer, kogende vand, bobler, og turbulente strømninger påvirker sikkerhed og effektivitet. I mange år, modellering af turbulente boblende strømme var en udfordring, tidskrævende problem. Forskere var stort set begrænset til eksperimenter, der kun gav nogle få bobler ad gangen. Nu, de kan simulere de tusindvis af bobler, der er nødvendige for at modellere og forudsige opførslen af ​​strømningerne i atomreaktorer. Et team fra North Carolina State University udviklede en ny boble-sporingsmetode. Den supercomputerbaserede metode producerer et detaljeringsniveau, der ikke kan observeres direkte i forsøg.

Med en grundlæggende forståelse af de boblende strømme, der opstår i atomreaktorer, forskere kan forbedre reaktorernes ydeevne. Avancerede modellerings- og simuleringsværktøjer kan hjælpe med at fremme reaktorsikkerhed og effektivitet. Anstrengelser som denne hjælper atomindustrien med at indføre nye tilgange inden for reaktoranalyse. Sådanne analyser er afgørende for vellykkede reaktordesign.

Forskere kaster lys over kogende fænomener, bobledannelse, og turbulente væske-/gasstrømme i atomreaktorgeometrier. Brug af ALCF -supercomputere, de udtænkte en måde at udføre en direkte numerisk simulering af fuldstændigt opløste deformerbare bobler i en hidtil uset skala. Teamets tilgang udfører mindre simuleringer for at opnå statistisk steady-state betingelser og udtrække fysisk baserede numeriske data til udvikling af grovere skala modeller. DOE's Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors brugte resultaterne fra de detaljerede simuleringer til at udvikle en ny generation af kogende modeller, der skulle indgå i en avanceret virtuel reaktormultifysikmodel. Derudover simuleringerne producerede detaljerede fordelinger af boblekoncentration og estimerede variationen af ​​de kræfter, der virker på boblerne, giver indsigt for at fremme forståelsen af ​​turbulente tofasestrømme.

Storstilet kørsler af den nye tilgang demonstrerede den nye boblesporingsmetode, samt databehandling og indsamlingsteknikker i stor skala til fremtidige simuleringer. Holdets metode, detaljeret i et papir offentliggjort i Nuclear Engineering and Design, kan indsamle detaljerede tofasede strømoplysninger på det enkelte bobleniveau. Denne avancerede analytiske ramme vil hjælpe forskere med at få indsigt i de "big data", som de store simuleringer producerer.