Dentro de reatores nucleares, água fervente, bolhas, e fluxos turbulentos afetam a segurança e a eficiência. Por muitos anos, modelar fluxos borbulhantes turbulentos foi um desafio, problema demorado. Os pesquisadores limitaram-se em grande parte a experimentos que produziram apenas algumas bolhas de cada vez. Agora, eles podem simular as milhares de bolhas necessárias para modelar e prever o comportamento dos fluxos em reatores nucleares. Uma equipe da North Carolina State University desenvolveu um novo método de rastreamento de bolhas. O método baseado em supercomputador produz um nível de detalhe que não pode ser observado diretamente em experimentos.

Com uma compreensão fundamental dos fluxos borbulhantes que ocorrem em reatores nucleares, os pesquisadores podem melhorar o desempenho dos reatores. Ferramentas avançadas de modelagem e simulação podem ajudar a aumentar a segurança e a eficiência do reator. Esforços como esse estão ajudando a indústria nuclear a adotar novas abordagens na análise de reatores. Essas análises são cruciais para projetos de reatores bem-sucedidos.

Os pesquisadores estão lançando luz sobre o fenômeno da ebulição, formação de bolhas, e fluxos turbulentos de líquido / gás em geometrias de reatores nucleares. Usando supercomputadores ALCF, eles inventaram uma maneira de conduzir uma simulação numérica direta de bolhas deformáveis ​​totalmente resolvidas em uma escala sem precedentes. A abordagem da equipe realiza simulações menores para obter condições estatisticamente estáveis ​​e extrair dados numéricos com base física para o desenvolvimento de modelos em escala mais grosseira. O Consórcio do DOE para Simulação Avançada de Reatores de Água Leve usou os resultados das simulações detalhadas para desenvolver uma nova geração de modelos de ebulição a serem incluídos em um modelo multifísico de reator virtual avançado. Adicionalmente, as simulações produziram distribuições detalhadas de concentração de bolhas e estimaram a variação das forças que agem sobre as bolhas, fornecendo insights para avançar a compreensão dos fluxos turbulentos de duas fases.

Execuções em grande escala da nova abordagem demonstraram a nova abordagem de rastreamento de bolhas, bem como as técnicas de processamento e coleta de dados em escala para futuras simulações. O método da equipe, detalhado em um artigo publicado na Nuclear Engineering and Design, pode coletar informações detalhadas do fluxo de duas fases no nível de bolha individual. Essa estrutura analítica avançada ajudará os pesquisadores a obter insights dos "big data" produzidos pelas simulações em grande escala.