1x3 düzenindeki ayıraçlı bir yakıt demetinde akışın türbülans karakteristiklerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği metoduyla incelenmesi

Nükleer reaktör analizlerinde, yakıt ayraçlarının akış üzerindeki etkilerinin anlaşılması, reaktörün termal-hidrolik performansının belirlenmesi ve güvenilir koşullar altında çalıştığının doğrulanabilmesinde önemli bir yere sahiptir. Akışın fiziğini yansıtacak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri, reaktör analizlerde güvenilir sonuçlar vermektedir. Bu çalışmada, 1 x 3 düzeninde destek ayraç yapısına sahip yakıt demetlerinde gerçekleşen akışta, destek ayraçların kanatçık yapısından bağımsız olarak akış üzerindeki etkisi HAD yöntemi ile incelenmiştir ve akışın fiziğini yansıtacak en uygun türbülans modeli belirlenmiştir. Basınçlı su reaktör koru içerisindeki tek fazlı akışın dikkate alındığı çalışmada, benzetim sonuçlarını doğrulamak amacıyla Penn State Üniversitesi Akış Laboratuvarı'nda bulunan deney düzeneği üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar referans alınmıştır [1]. Çalışmada ilk aşamada en uygun türde ve yoğunluktaki örgü yapısının belirlenmesi amacıyla dörtyüzlü, melez ve çokyüzlü örgü yapılarında hazırlanmış modeller, k-ε Standart ve RSM LPS türbülans modelleri kullanılarak, incelenmiştir. İkinci aşamada, belirlenen en uygun örgü yapısında çalışmada kullanılan bütün türbülans modellerini içerecek bir karşılaştırma gerçekleştirilmiştir. Karşılaştırmalarda yakıt ayracı öncesi ve sonrasında –3dh, +3dh ve +40dh konumlarında, kanal merkezlerindeki hız dağılımı, düzlem üzerindeki hız ve türbülans şiddeti dağılımı incelenmiştir ve deneysel verilerle kıyaslaması yapılmıştır. Çalışma sonuçları, örgü tipinin hesaplamalar üzerindeki etkilerini ortaya koymaktadır nitekim, en çok yapılandırılmış hücreye sahip olan melez örgü diğerlerine kıyasla daha iyi performans sergilemiştir. Kanal merkez hızlarına ait nümerik ve deneysel sonuçların karşılaştırılması, bütün türbülans modellerinde genel anlamda bir uyum olduğunu gösterirken, karmaşık modeller ve istisnai olarak k-ε RNG diğer modellerden göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Bu çalışma sonucunda, destek yakıt ayracında meydana gelen akış incelenmiş ve akışın fiziğini yansıtan en uygun türbülans modeli belirlenmiştir.