Inuti kärnreaktorer, kokande vatten, bubblor, och turbulenta flöden påverkar säkerhet och effektivitet. Under många år, modellera turbulenta bubbliga flöden var en utmaning, tidskrävande problem. Forskare var i stort sett begränsade till experiment som endast gav några få bubblor åt gången. Nu, de kan simulera de tusentals bubblor som behövs för att modellera och förutsäga beteendet hos flödena i kärnreaktorer. Ett team från North Carolina State University utvecklade en ny bubbelspårningsmetod. Superdatorbaserad metod ger en detaljnivå som inte kan observeras direkt i experiment.

Med en grundläggande förståelse för de bubbliga flöden som uppstår i kärnreaktorer, forskare kan förbättra reaktorernas prestanda. Avancerade modellerings- och simuleringsverktyg kan hjälpa till att främja reaktorsäkerhet och effektivitet. Sådana insatser hjälper kärnkraftsindustrin att anta nya metoder i reaktoranalys. Sådana analyser är avgörande för framgångsrika reaktordesigner.

Forskare belyser kokande fenomen, bubbla bildning, och turbulenta vätske-/gasflöden i kärnreaktorgeometrier. Med hjälp av ALCF -superdatorer, de utarbetade ett sätt att utföra en direkt numerisk simulering av helt lösta deformerbara bubblor i en aldrig tidigare skådad skala. Teamets tillvägagångssätt utför mindre simuleringar för att erhålla statistiskt stabila tillstånd och extrahera fysiskt baserade numeriska data för utveckling av grövre skalmodeller. DOE:s konsortium för avancerad simulering av lättvattenreaktorer använde resultaten från de detaljerade simuleringarna för att utveckla en ny generation kokande modeller som skulle ingå i en avancerad virtuell reaktormultifysikmodell. Dessutom, simuleringarna gav detaljerade fördelningar av bubbelkoncentration och uppskattade variationen av krafterna som verkar på bubblorna, ge insikter för att främja förståelsen av turbulenta tvåfasflöden.

Storskaliga körningar av det nya tillvägagångssättet visade det nya tillvägagångssättet för bubbelspårning, samt databehandling och insamlingsteknik i stor skala för framtida simuleringar. Lagets metod, detaljerad i ett papper publicerat i Nuclear Engineering and Design, kan samla in detaljerad tvåfasflödesinformation på den individuella bubbelnivån. Detta avancerade analytiska ramverk kommer att hjälpa forskare att få insikter från de "stora data" som produceras av de storskaliga simuleringarna.