Numerical simulations of turbulent flows in deformed pin bundle geometries

L’accurata previsione del comportamento del flusso turbolento nei fasci di barre di combustibile è estremamente importante per una corretta analisi di sicurezza termoidraulica per i reattori nucleari di quarta generazione, come i reattori veloci refrigerati a piombo. Questa tesi analizza le capacità di due codici di fluidodinamica computazionale open-source, OpenFOAM e Nek5000, nel riprodurre il campo di moto all’interno di un fascio esagonale a 7 barre, sia in configurazione nominale che deformata. Lo studio delle geometrie deformate risulta fondamentale a causa di potenziali problemi di sicurezza; le variazioni nella distribuzione della portata del refrigerante all’interno dei sottocanali possono infatti portare alla formazione di hotspot localizzati, compromettendo potenzialmente l’integrità del cladding e l’efficienza complessiva della rimozione del calore. Lo studio utilizza i dati sperimentali della struttura AUPINEL, prodotti nell’ambito del progetto europeo PASCAL e ottenuti tramite misurazioni con particle image velocimetry. Il lavoro si concentra su un confronto tra codici impieganti diverse strategie di discretizzazione: il metodo ai volumi finiti per OpenFOAM e il metodo agli elementi spettrali per Nek5000. Le simulazioni sono state eseguite per un intervallo di numeri di Reynolds (da 37800 a 53000) per valutare le capacità di vari modelli di turbolenza RANS, confrontando specificamente le formulazioni k − ω SST e k − τ SST.