Sviluppo di un modello ridotto per la simulazione CFD di un fascio di elementi di combustibile con filo spaziatore raffreddati da metallo liquido in regime turbolento

Il presente lavoro analizza la modellazione termo-fluidodinamica di bundle di combustibile per reattori refrigerati a piombo, con particolare attenzione alla rappresentazione semplificata degli spacer wire elicoidali. La geometria esplicita dello spacer consente di descrivere direttamente l’interazione tra filo e refrigerante, ma comporta una maggiore complessità di mesh e un costo computazionale più elevato. L’obiettivo è quindi valutare un modello equivalente basato su una regione pseudo-solida e su una baffle impermeabile. La metodologia numerica è sviluppata mediante simulazioni RANS in OpenFOAM e preliminarmente verificata tramite confronto con dati DNS di letteratura, con attenzione al trasporto termico turbolento nel piombo liquido a basso numero di Prandtl. Il modello equivalente mantiene attivo il trasporto termico nella regione dello spacer e ne riproduce l’ostruzione idraulica tramite una baffle. Sono considerate due formulazioni termiche: flusso uniforme sulla pin e redistribuzione della potenza nella zona di contatto pin–spacer. Il confronto è condotto prima su una cella elementare e poi su un bundle di sette pin, analizzando caduta di pressione, temperatura bulk, grandezze turbolente e profili locali. I risultati mostrano una buona riproduzione delle principali grandezze globali: nel bundle la caduta di pressione finale è circa 22.62 kPa per la geometria esplicita e 21.83 kPa per il modello equivalente, mentre le differenze di temperatura bulk restano inferiori a 0.3 K nella parte finale del dominio. La redistribuzione termica influenza soprattutto il campo di temperatura, mentre le grandezze fluidodinamiche delle due configurazioni con baffle risultano quasi sovrapposte. Il modello equivalente rappresenta quindi un buon compromesso tra accuratezza globale e semplicità numerica, pur mostrando limiti nella ricostruzione puntuale dei campi locali e delle grandezze turbolente.