مدل سازی و تحلیل عددی جریان در بستر‌های پر شده از گوی برای خنک سازی قلب راکتور گداخت

یکی از چالش های مهم در راکتورهای گداخت هسته‌ای برداشت حرارت به کمک کانال‌های انتقال حرارت تعبیه شده می‌باشد. این موضوع سبب گردیده تا از روش‌های مختلفی جهت بهبود خنک‌سازی راکتور استفاده شود. یکی از روش‌های مورد مطالعه در این بخش، استفاده از مغشوش‌کردن هر چه بیشتر میدان جریان به کمک کانال پر شده از گوی می‌باشد. در کار حاضر شبیه‌سازی و تحلیل عددی انتقال حرارت در کانال‌های پر شده از گوی، به عنوان راه حلی برای بالا بردن میزان ضریب انتقال حرارت، با استفاده از کد عددی در دسترس مورد بررسی قرار گرفته است. گوی‌های موجود در کانال به صورت یک جسم پیوسته‌ی متخلخل فرض شده و ضرایب مربوط به جسم متخلخل با استفاده از معادلات اِرگون و معادلات بقای مومنتوم حاکم بر جسم متخلخل برای آرایش‌های مختلف گوی‌ها در کانال، بدست آمده است. اثر دیواره در شبیه‌سازی جسم متخلخل بکمک مدلی اصلاحی برای مدل آشفتگی ϵk در نظر گرفته شده است. مشاهده گردید که شبیه‌سازی عددی به کمک جسم متخلخل در مقایسه با کارهای عددی مرسوم که نیاز به تولید شبکه نامنظم و در عین حال تعداد سلول محاسباتی بالا دارند، می‌تواند با دقت مناسبی پارامترهای مختلف میدان جریان، اعم از افت فشار و ضریب انتقال حرارت را برای آرایش‌های مختلف گوی در داخل کانال محاسبه نماید. همچنین مشاهده گردید با کاهش میزان تخلخل گوی‌های موجود در لوله مقدار افت فشار و ضریب انتقال حرارت افزایش پیدا خواهد کرد.

Modeling and Numerical Analysis of Sphere Packed Beds for cooling the fusion Reactor core

A vital challenge in fusion nuclear reactors is the heat removal through the embedded channels. Various methods have been employed to improve the reactor core cooling systems. One of the methods in this context is creating turbulence in the flow field by using the sphere packed beds. In the present study, the heat transfers in channels filled with spheres, as a technique to enhance the heat transfer coefficient, is investigated through numerical modelling. The spheres in the channel are assumed as a continuous porous media and domain coefficients are obtained by using the Ergun and the momentum conservation equations. Wall effect in porous media modelling is considered by employing the modified kϵ turbulent model. In comparison with the conventional numerical methods that requires high number of unstructured grid generation, the porous media numerical simulation demonstrates acceptable accuracy in obtaining flow field parameters including pressure drop and heat transfer coefficient. Meanwhile, it is concluded that a reduction of porosity results in an increase in pressure drop and heat transfer coefficient.