Med težko nesrečo v lahkovodnem jedrskem reaktorju lahko pride do nastanka vodika, njegovo zgorevanje pa lahko ogrozi celovitost zadrževalnega hrama jedrske elektrarne, kar bi lahko vodilo v izpust radioaktivnih snovi v okolje. Študija porazdelitve vodika v zadrževalnem hramu je pomembna za napovedovanje območij z vnetljivo mešanico.
Razvit je bil teoretični model za opis homogenizacije razslojene atmosfere zaradi navpičnega vbrizgavanja v eksperimentalni napravi zadrževalnega hrama. V turbulentnih modelih, ki temeljijo na modeliranju vrtinčne viskoznosti se običajno uporabljajo konstantne vrednosti turbulentnega Schmidtovega in Prandtlovega števila. Pokazano je, da konstantne vrednosti teh števil ne morejo pravilno reproducirati nekaterih fizikalnih pojavov opaženih v eksperimentih. Za namene tega dela je najprej definirano lokalno Froudovo število, ki se lahko neposredno uporablja v programih za računsko dinamiko tekočin. Poleg tega je predlagan model za dinamično predpisovanje turbulentnega Schmidtovega in Prandtlovega števila, ki uporablja lokalno Froudovo število in navpično hitrost.
Nepomembni deli eksperimentalnih naprav, ki ne prispevajo veliko k procesu mešanja, so bili identificirani s pomočjo eksperimentalnih rezultatov in rezultatov simulacij. V skladu z ugotovitvami so bili razviti poenostavljeni osno simetrični dvodimenzionalni in tridimenzionalni numerični modeli cilindričnih posod ter proučeni učinki redukcije numerične domene.
Ker je OpenFOAM večnamenski program za računsko dinamiko tekočin, je bil najprej prilagojen za modeliranje obravnavanih primerov. V energijsko enačbo je bilo potrebno implementirati dodatni izraz, ki upošteva difuzijo entalpije zaradi sprememb sestave, konvekcijsko-difuzijski enačbi za masni delež plina pa je bilo potrebno dodati člen, ki popisuje molekularno difuzijo.
Razviti fizikalni model za simulacijo mešanja v nehomogeni atmosferi je bil preverjen na štirinajstih eksperimentih izvedenih v treh različnih eksperimentalnih napravah. Primerjava z eksperimentalnimi rezultati je pokazala, da razviti fizikalni model pravilno napove porazdelitev helija in temperaturo znotraj zaprte posode.
S predlaganim modelom za dinamično predpisovanje turbulentnih števil je bilo uspešno modeliranje erozije razslojene atmosfere z navpičnim vpihovanjem razširjeno na izotermne pogoje z visokimi hitrostmi vpihovanja, pri katerih pride do nastanka Kelvin-Helmholtzeve nestabilnosti.
|
