مدل سازي و تحليل عددي جريان در بستر هاي پر شده از گوي براي خنك سازي قلب راكتور گداخت

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

يكي از چالش هاي مهم در راكتورهاي گداخت هسته اي برداشت حرارت به كمك كانال هاي انتقال حرارت تعبيه شده مي باشد. اين موضوع سبب گرديده تا از روش هاي مختلفي جهت بهبود خنك سازي راكتور استفاده شود. يكي از روش هاي مورد مطالعه در اين بخش، استفاده از مغشوش كردن هر چه بيشتر ميدان جريان به كمك كانال پر شده از گوي مي باشد. در كار حاضر شبيه سازي و تحليل عددي انتقال حرارت در كانال هاي پر شده از گوي، به عنوان راه حلي براي بالا بردن ميزان ضريب انتقال حرارت، با استفاده از كد عددي در دسترس مورد بررسي قرار گرفته است. گوي هاي موجود در كانال به صورت يك جسم پيوسته ي متخلخل فرض شده و ضرايب مربوط به جسم متخلخل با استفاده از معادلات اِرگون و معادلات بقاي مومنتوم حاكم بر جسم متخلخل براي آرايش هاي مختلف گوي ها در كانال، بدست آمده است. اثر ديواره در شبيه سازي جسم متخلخل بكمك مدلي اصلاحي براي مدل آشفتگي ϵk- در نظر گرفته شده است. مشاهده گرديد كه شبيه سازي عددي به كمك جسم متخلخل در مقايسه با كارهاي عددي مرسوم كه نياز به توليد شبكه نامنظم و در عين حال تعداد سلول محاسباتي بالا دارند، مي تواند با دقت مناسبي پارامترهاي مختلف ميدان جريان، اعم از افت فشار و ضريب انتقال حرارت را براي آرايش هاي مختلف گوي در داخل كانال محاسبه نمايد. همچنين مشاهده گرديد با كاهش ميزان تخلخل گوي هاي موجود در لوله مقدار افت فشار و ضريب انتقال حرارت افزايش پيدا خواهد كرد.

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 k-ϵ 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.