Binnen kernreactoren, kokend water, bubbels, en turbulente stromingen beïnvloeden de veiligheid en efficiëntie. Voor vele jaren, het modelleren van turbulente bubbelstromen was een uitdaging, tijdrovend probleem. Onderzoekers waren grotendeels beperkt tot experimenten die slechts een paar bubbels per keer opleverden. Nutsvoorzieningen, ze kunnen de duizenden bellen simuleren die nodig zijn om het gedrag van de stromen in kernreactoren te modelleren en te voorspellen. Een team van de North Carolina State University ontwikkelde een nieuwe methode voor het volgen van bellen. De op supercomputers gebaseerde methode levert een detailniveau op dat niet direct in experimenten kan worden waargenomen.

Met een fundamenteel begrip van de bubbelstromen die optreden in kernreactoren, onderzoekers kunnen de prestaties van reactoren verbeteren. Geavanceerde modellerings- en simulatietools kunnen de veiligheid en efficiëntie van reactoren helpen verbeteren. Inspanningen als deze helpen de nucleaire industrie om nieuwe benaderingen in reactoranalyse toe te passen. Dergelijke analyses zijn cruciaal voor succesvolle reactorontwerpen.

Onderzoekers werpen licht op kookverschijnselen, bellenvorming, en turbulente vloeistof/gasstromen in kernreactorgeometrieën. Met behulp van ALCF-supercomputers, ze bedachten een manier om een ​​directe numerieke simulatie uit te voeren van volledig opgeloste vervormbare bellen op ongekende schaal. De aanpak van het team voert kleinere simulaties uit om statistisch stabiele omstandigheden te verkrijgen en fysiek gebaseerde numerieke gegevens te extraheren voor de ontwikkeling van grovere schaalmodellen. Het DOE-consortium voor geavanceerde simulatie van lichtwaterreactoren heeft de resultaten van de gedetailleerde simulaties gebruikt om een ​​nieuwe generatie kookmodellen te ontwikkelen voor opname in een geavanceerd multifysisch model van virtuele reactoren. Aanvullend, de simulaties produceerden gedetailleerde distributies van bellenconcentratie en schatten de variatie van de krachten die op de bellen inwerken, het verschaffen van inzichten om het begrip van turbulente tweefasenstromen te vergroten.

Grootschalige runs van de nieuwe aanpak demonstreerden de nieuwe bubble tracking-aanpak, evenals de gegevensverwerkings- en verzameltechnieken op schaal voor toekomstige simulaties. De werkwijze van het team, gedetailleerd in een paper gepubliceerd in Nuclear Engineering and Design, kan gedetailleerde tweefasige stromingsinformatie op individueel bellenniveau verzamelen. Dit geavanceerde analytische raamwerk zal onderzoekers helpen om inzichten te verkrijgen uit de "big data" die door de grootschalige simulaties worden geproduceerd.