Nükleer reaktör soğutucu kanallarında akışın Lattice-Boltzmann yöntemi ile benzeşimi

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nükleer Enerji Mühendisliği A.B.D., Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2016

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: ALİ TİFTİKÇİ

Danışman: Cemil Kocar

Özet:

Nükleer reaktör ısıl akış sistemleri karmaşık bir yapıya sahiptir. Navier-Stokes denklemleri çözen hesaplamalı akışkanlar dinamiği kodları için bu tip geometrileri örgülemek zor ve zaman alan bir işlemdir. Mühendisler ve bilim adamları geleneksel hesaplamalı akışkanlar dinamiği kodlarının verimsiz kaldığı durumlarda alternatif olabilecek farklı yöntemler arayışına girmişlerdir. Lattice-Boltzmann yöntemi de bu alternatiflerden biridir. Lattice-Boltzmann yöntemi örgüleme kolaylığı ve paralel işleme yatkınlığı sebebiyle son zamanlarda bilgisayar teknolojisinin gelişimiyle yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu tezde, lattice-Boltzmann yönteminin gelişimine paralel olarak tipik nükleer reaktör soğutucu kanalı akışlarında bu yöntemin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Palabos açık kaynak kodu sınanmak ve geliştirilmek üzere seçilmiştir. Araştırma aşamasının ilk kısmında, Palabos laminar akış koşullarında kullanılarak yakıt ayraçlı ve karıştırıcı kanatlı PWR soğutucu kanalı akışı modellenmiştir. Bu çalışma, karmaşık geometriye sahip bir sistem için lattice-Boltzmann yönteminin sınanması açısından ve ileride güvenli bir şekilde Palabos kodunun kullanabilmesi için önemlidir. Laminar akış koşullarında lattice-Boltzmann yönteminin başarılı olduğu görülmüştür. İkinci aşama olarak, Palabos kodunda tanımlı olmayan türbülans modelleri (Van-Driest, WALE, VLES (k-ε) ve VLES (k-ω)) eklenmiştir. Ayrıca, bu modeller için standart duvar fonksiyonları da eklenmiştir. Adiyabatik koşullarda birçok test çalışmasıyla lattice-Boltzmann yöntemi ve eklenen türbülans modelleri sınanmış ve çeşitli örgü boyutları kullanılarak kıyaslanmıştır. Üçüncü aşama olarak, Palabos koduna ısıl akışlar için duvar fonksiyonları eklenerek türbülans modelleriyle birleştirilmiştir. Türbülanslı ve ısıl akış, LMFBR hızlı üretken reaktör soğutucu kanalı akışı için sınanmıştır, eklenen türbülans ve ısı modellerinin doğru çalıştığı ve lattice-Boltzmann yöntemiyle soğutucu kanallarındaki akışın modellenebileceği gösterilmiştir.