Simulación Numérica del Movimiento de Burbujas de Alta Relación de Densidad con interIsoFoam
Autores: Siriano, Simone; Balcázar, Néstor; Tassone, Alessandro; Rigola, Joaquim; Caruso, Gianfranco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Simulación Numérica del Movimiento de Burbujas de Alta Relación de Densidad con interIsoFoam
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Reactor de fusión
Manta de reproducción
Producción de tritio
Litio
Burbujas
Mezcla bifásica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La manta de reproducción es uno de los componentes fundamentales de un reactor de fusión nuclear y es responsable de la producción de combustible, generando tritio a través de la reacción de captura neutrónica entre litio y neutrones. El litio es una aleación líquida de PbLi y el helio formado como subproducto de la reacción puede agruparse en burbujas, generando una mezcla bifásica con una alta relación de densidad (O5). Estas burbujas pueden acumularse y estancarse dentro de los canales de la manta con consecuencias potencialmente dañinas. En este trabajo, se utiliza el solucionador interIsoFoam de OpenFOAM v2012 para simular el movimiento de burbujas para una mezcla bifásica representativa del sistema He-PbLi para probar su potencial para futuros desarrollos en el campo de la fusión. En una primera fase, se llevaron a cabo varios puntos de referencia tradicionales, tanto en 2D como en 3D, y considerando las dos variantes del método VOF implementadas en el solucionador, isoAdvector y plicRDF. Posteriormente, se analizaron burbujas de He de diferentes diámetros que suben en PbLi líquido (=1.2x105) para investigar diferentes regímenes. Para un número de Eötvös (Eo) mayor que 10, fue posible recrear los regímenes axisimétricos, con falda, oscilatorios y los regímenes de ruptura periférica y central. Para Eo < 10, se observan deformaciones no físicas de la interfaz, probablemente generadas por velocidades espurias que tienen un mayor impacto en la solución para burbujas muy pequeñas y velocidades de ascenso.
Descripción
La manta de reproducción es uno de los componentes fundamentales de un reactor de fusión nuclear y es responsable de la producción de combustible, generando tritio a través de la reacción de captura neutrónica entre litio y neutrones. El litio es una aleación líquida de PbLi y el helio formado como subproducto de la reacción puede agruparse en burbujas, generando una mezcla bifásica con una alta relación de densidad (O5). Estas burbujas pueden acumularse y estancarse dentro de los canales de la manta con consecuencias potencialmente dañinas. En este trabajo, se utiliza el solucionador interIsoFoam de OpenFOAM v2012 para simular el movimiento de burbujas para una mezcla bifásica representativa del sistema He-PbLi para probar su potencial para futuros desarrollos en el campo de la fusión. En una primera fase, se llevaron a cabo varios puntos de referencia tradicionales, tanto en 2D como en 3D, y considerando las dos variantes del método VOF implementadas en el solucionador, isoAdvector y plicRDF. Posteriormente, se analizaron burbujas de He de diferentes diámetros que suben en PbLi líquido (=1.2x105) para investigar diferentes regímenes. Para un número de Eötvös (Eo) mayor que 10, fue posible recrear los regímenes axisimétricos, con falda, oscilatorios y los regímenes de ruptura periférica y central. Para Eo < 10, se observan deformaciones no físicas de la interfaz, probablemente generadas por velocidades espurias que tienen un mayor impacto en la solución para burbujas muy pequeñas y velocidades de ascenso.