A l'intérieur des réacteurs nucléaires, eau bouillante, bulles, et les écoulements turbulents affectent la sécurité et l'efficacité. Pendant de nombreuses années, la modélisation d'écoulements pétillants turbulents était un défi, problème chronophage. Les chercheurs étaient en grande partie limités à des expériences qui n'ont produit que quelques bulles à la fois. Maintenant, ils peuvent simuler les milliers de bulles nécessaires pour modéliser et prédire le comportement des écoulements dans les réacteurs nucléaires. Une équipe de la North Carolina State University a développé une nouvelle méthode de suivi des bulles. La méthode basée sur un superordinateur produit un niveau de détail qui ne peut pas être observé directement dans les expériences.

Avec une compréhension fondamentale des écoulements bouillonnants qui se produisent dans les réacteurs nucléaires, les chercheurs peuvent améliorer les performances des réacteurs. Des outils avancés de modélisation et de simulation peuvent contribuer à faire progresser la sûreté et l'efficacité des réacteurs. Des efforts comme celui-ci aident l'industrie nucléaire à adopter de nouvelles approches dans l'analyse des réacteurs. De telles analyses sont cruciales pour la réussite de la conception des réacteurs.

Les chercheurs mettent en lumière les phénomènes d'ébullition, formation de bulles, et les écoulements liquide/gaz turbulents dans les géométries des réacteurs nucléaires. En utilisant les supercalculateurs ALCF, ils ont conçu un moyen de mener une simulation numérique directe de bulles déformables entièrement résolues à une échelle sans précédent. L'approche de l'équipe effectue des simulations plus petites pour obtenir des conditions statistiquement stables et extraire des données numériques basées sur la physique pour le développement de modèles à plus grande échelle. Le Consortium du DOE pour la simulation avancée des réacteurs à eau légère a utilisé les résultats des simulations détaillées pour développer une nouvelle génération de modèles d'ébullition à inclure dans un modèle multiphysique avancé de réacteur virtuel. En outre, les simulations ont produit des distributions détaillées de concentration de bulles et estimé la variation des forces agissant sur les bulles, fournir des informations pour faire progresser la compréhension des écoulements diphasiques turbulents.

Des exécutions à grande échelle de la nouvelle approche ont démontré la nouvelle approche de suivi des bulles, ainsi que les techniques de traitement et de collecte de données à grande échelle pour les simulations futures. La méthode de l'équipe, détaillé dans un article publié dans Nuclear Engineering and Design, peut collecter des informations détaillées sur le débit diphasique au niveau de la bulle individuelle. Ce cadre analytique avancé aidera les chercheurs à mieux comprendre les « grandes données » produites par les simulations à grande échelle.