Evaluando la Aplicabilidad del Enfoque de Resolución de Turbulencia Basado en Estructuras a Problemas Relacionados con la Seguridad Nuclear
Autores: Feng, Jinyong; Xu, Liangyu; Baglietto, Emilio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Evaluando la Aplicabilidad del Enfoque de Resolución de Turbulencia Basado en Estructuras a Problemas Relacionados con la Seguridad Nuclear
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Dinámica de fluidos computacional
Reactor nuclear
Navier-Stokes promediado por Reynolds
Modelo de turbulencia
Problemas relacionados con la seguridad
Validación.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La precisión de las predicciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) juega un papel fundamental en el apoyo a la operación de la actual flota de reactores nucleares y, aún más importante, en la concesión de licencias para conceptos avanzados de reactores de alta eficiencia, donde las oscilaciones de temperatura locales impulsadas por estratificación térmica, ciclos y estratificación pueden limitar el rendimiento estructural de los recipientes y componentes. La complejidad de las configuraciones geométricas, junto con los largos transitorios operativos, inhibe la adopción de métodos de simulación de grandes remolinos (LES), lo que obliga a aceptar modelos basados en promedios de Reynolds (RANS) más eficientes, aunque no pueden proporcionar una descripción física completa del flujo en regiones dominadas por estructuras coherentes no estacionarias complejas. Se ha propuesto y demostrado una nueva estrategia en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para mejorar las predicciones de promedios de Reynolds no estacionarios (URANS), utilizando la resolución local de la turbulencia coherente, para proporcionar una modelización de mayor fidelidad en apoyo a cuestiones relacionadas con la seguridad. En este artículo, se presenta una evaluación integral del recientemente propuesto modelo de turbulencia basado en estructuras (STRUCT-), comenzando con la validación fundamental de las capacidades del modelo y luego centrándose en una aplicación representativa relevante para la seguridad, es decir, la mezcla térmica en una unión en T. Se comparan las soluciones de STRUCT-, el ampliamente utilizado modelo Realizable k- (RKE) y la Simulación de Grandes Remolinos con cierre de viscosidad local adaptativa a la pared (LES-WALE) con los datos experimentales. Tanto los campos de velocidad como de temperatura predichos por el modelo STRUCT- están en estrecha concordancia con los datos de alta fidelidad de los experimentos y las soluciones de referencia de LES, en todos los casos de validación. El enfoque demuestra el potencial para abordar los requisitos de precisión para su aplicación a cuestiones relacionadas con la seguridad nuclear, al resolver las estructuras de flujo turbulento, mientras que la eficiencia computacional proporciona la capacidad de realizar una cuantificación de incertidumbre consistente.
Descripción
La precisión de las predicciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) juega un papel fundamental en el apoyo a la operación de la actual flota de reactores nucleares y, aún más importante, en la concesión de licencias para conceptos avanzados de reactores de alta eficiencia, donde las oscilaciones de temperatura locales impulsadas por estratificación térmica, ciclos y estratificación pueden limitar el rendimiento estructural de los recipientes y componentes. La complejidad de las configuraciones geométricas, junto con los largos transitorios operativos, inhibe la adopción de métodos de simulación de grandes remolinos (LES), lo que obliga a aceptar modelos basados en promedios de Reynolds (RANS) más eficientes, aunque no pueden proporcionar una descripción física completa del flujo en regiones dominadas por estructuras coherentes no estacionarias complejas. Se ha propuesto y demostrado una nueva estrategia en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para mejorar las predicciones de promedios de Reynolds no estacionarios (URANS), utilizando la resolución local de la turbulencia coherente, para proporcionar una modelización de mayor fidelidad en apoyo a cuestiones relacionadas con la seguridad. En este artículo, se presenta una evaluación integral del recientemente propuesto modelo de turbulencia basado en estructuras (STRUCT-), comenzando con la validación fundamental de las capacidades del modelo y luego centrándose en una aplicación representativa relevante para la seguridad, es decir, la mezcla térmica en una unión en T. Se comparan las soluciones de STRUCT-, el ampliamente utilizado modelo Realizable k- (RKE) y la Simulación de Grandes Remolinos con cierre de viscosidad local adaptativa a la pared (LES-WALE) con los datos experimentales. Tanto los campos de velocidad como de temperatura predichos por el modelo STRUCT- están en estrecha concordancia con los datos de alta fidelidad de los experimentos y las soluciones de referencia de LES, en todos los casos de validación. El enfoque demuestra el potencial para abordar los requisitos de precisión para su aplicación a cuestiones relacionadas con la seguridad nuclear, al resolver las estructuras de flujo turbulento, mientras que la eficiencia computacional proporciona la capacidad de realizar una cuantificación de incertidumbre consistente.