Математическое моделирование смешения разнотемпературных струй методом CABARET
Автор: Зайцев Алексей Михайлович, Семенов Владимир Николаевич, Швецов Юрий Евгеньевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.6, 2013 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты математического моделирования эксперимента по смешению разнотемпературных струй на выходе из топливных сборок реактора на быстрых нейтронах (БН) с жидким натриевым теплоносителем. Использовалась численная методика Кабаре, и основная задача заключалась в проверке ее применимости к расчетам течений жидкостей, обладающих малым числом Прандтля (~0,01), в области относительно высоких чисел Рейнольдса (~10 5). Именно такие жидкости служат теплоносителями в перспективных реакторах БН, чем и мотивировано проведение этой работы. Рассматривалось течение жидкости в проточной части экспериментального стенда, имеющей геометрически сложную конфигурацию. Описана методология построения адекватной расчетной области и конечно-разностной сетки. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показало, что предложенное решение задачи позволяет достаточно точно предсказывать значения усредненных по времени локальных температур в неизотермическом жидкометаллическом потоке и качественно правильно описывает пульсационные характеристики исследуемого течения.
Разбиение на подпроцесы, пульсационные характеристики, методика кабаре, реактор с жидко-металлическим теплоносителем, смешение разнотемпературных струй
Короткий адрес: https://sciup.org/14320694
IDR: 14320694 | УДК: 519.6 | DOI: 10.7242/1999-6691/2013.6.4.47
Simulation of mixing different temperature jets using CABARET method
Mathematical modeling of mixing jets with different temperatures discharged from the fuel assemblies of a sodium-cooled fast-neutron reactor BN is presented. Numerical simulations are performed using the CABARET method. The aim is to verify the applicability of the CABARET method to the calculations of liquid flows with a small Prandtl number (~ 0.01) at relatively high Reynolds numbers (~10 5). For this purpose, the fluid flowing through the geometrically complex channel of the experimental setup has been investigated. Mesh decomposition and finite-difference grid generation techniques are described. The comparison between the numerical and experimental data shows that with the proposed approach the time-averaged local temperatures in the non-isothermal flow of liquid metal can be predicted with a sufficient accuracy, and a good qualitative description of the pulsation characteristics of the flow can be provided.
Список литературы Математическое моделирование смешения разнотемпературных струй методом CABARET
- Chacko S., Chung Y.M., Choi S.K., Nam H.Y., Jeong H.Y. Large-eddy simulation of thermal striping in unsteady non-isothermal triple jet//Int. J. Heat Mass Tran. -V. 54, N. 19-20. -P. 4400-4409.
- Жуков А.В., Могильнер А.И., Авдеев Е.Ф. и др. О смешении струй натрия в коллекторе тепловыделяющих сборок: Препр./Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского. -Обнинск, 1986. -12 с.
- Жуков А.В., Иванов Е.Ф., Мужанов А.Б. и др. Исследование на модели флюктуации температуры в потоке натрия на выходе из ТВС быстрого реактора//Межотрасл. конф. «Исследование гидродинамики и теплообмена в элементах ЯЭУ. Статистические методы»: Тез. докл., 1985, Москва: ФЭУ, 1985.
- Zhukov A.V., Ivanov E.Ph., Kovtun S.N. et al. Experiments on mixing of sodium jets with a different temperature in space above fuel pin heads in fast reactor subassembly of BN-350 and BN-600 types. IAEA-IWGFR/90//Proc. of Specialist’s Meeting on “Correlation between material properties and thermohydraulics in LMFR’s”, France, Aix-en-Provence, November 22-24, 1994.
- Жуков А.В., Кузина Ю.А., Сорокин А.П. и др. Некоторые вопросы смешения разнотемпературных струй теплоносителя над активной зоной быстрого реактора//Научн.-техн. конф. «Теплофизика-2012. Теплофизические экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в обоснование характеристик и безопасности ядерных реакторов на быстрых нейтронах»: Тез. докл., 24-26 октября 2012 г., Обнинск. -C. 45-47.
- Головизнин В.М., Зайцев М.А., Карабасов С.А., Короткин И.А. Новые алгоритмы вычислительной гидродинамики для многопроцессорных вычислительных комплексов. -М.: Изд-во МГУ, 2013. -472 с.
- Головизнин В.М. Балансно-характеристический метод численного решения одномерных уравнений газовой динамики в эйлеровых переменных//Матем. моделирование. -2006. -Т. 18, № 11. -С. 14-30.
- Головизнин В.М., Карабасов С.А., Кондаков В.Г. Обобщение схемы Кабаре на двумерные ортогональные расчетные сетки//Матем. моделирование. -2013. -Т. 25, № 7. -С. 103-136.
- Karabasov S.A., Goloviznin V.M. New efficient high-resolution method for nonlinear problems in aeroacoustics//AIAA J. -2007. -V. 45, N. 12. -P. 2861-2871.
- Obabko A.V., Fischer P.F., Tautges T.J. et al. Large eddy simulation of thermo-hydraulic mixing in a T-Junction//Nuclear Reactor Thermal Hydraulics and Other Applications, November 2012, In-Tech Open Access Company. -25 p. (URL: http://www.mcs.anl.gov/papers/P3015-0712.pdf).
- Goloviznin V.M., Zaitsev M.A., Karabasov, S.A. A highly scalable hybrid mesh CABARET MILES method for MATIS-H Problem//CFD for Nuclear Reactor Safety Application (CFD4NRS-4) Workshop, South Korea, Daejon, September 10-12, 2012. -P. 104.
- Зайцев А.М. Технология параллельных вычислений теплогидравлики программы ”CABARET”//Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности/Под ред. акад. В.А. Садовничего, акад. Г.И. Савина, чл.-корр. РАН Вл.В. Воеводина. -М.: Изд-во МГУ, 2010. -С. 173-180.
