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Analisi DSMC di un incidente di perdita di refrigerante (LOCA) da un blanket refrigerato a He nel Vacuum Vessel di EU DEMO
Parole chiave DEFLUSSO IPERSONICO, DEFLUSSO RAREFATTO, DSMC, ENERGIA, FUSIONE NUCLEARE, HPC, LOCA, NUCLEARE, SICUREZZA
Riferimenti ANTONIO FROIO
Riferimenti esterni Giuseppe Francesco Nallo (PhD student PoliTo)
Andrea Zappatore (PhD student PoliTo)
Gruppi di ricerca NEMO (Nuclear Engineering MOdelling) group (PoliTo)
Descrizione L'incidente di perdia di refrigerante (Loss-Of-Coolant Accident, LOCA) all'interno del Vacuum Vessel (VV) del reattore a fusione EU DEMO è fondamentale per il progetto del tokamak, poiché il picco di pressione indotto dall'incidente nel VV deve rimanere al di sotto di una soglia prescritta. Per quantificare i picchi di pressione sulel pareti del VV durante l'incidente è necessaria un'analisi dettagliata. In particolare, è necessaria un'analisi transitoria tramite Fluidodinamica Computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD) 3D del deflusso ipersonico (Ma≫1) sviluppato durante l'incidente. Questa analisi è attualmente in corso sul concetto di blanket refrigerato ad elio "Helium Cooled Pebble Bed" (HCPB).
L'in-Vessel LOCA è caratterizzato dall'espansione dell'elio pressurizzato verso il vuoto spinto all'interno della camera. Nella fase iniziale del transitorio - immediatamente dopo la rottura - il gas in espansione è estremamente rarefatto. Questo aspetto è stato dimostrato sulla base della valutazione del numero di Knudsen Kn, un parametro adimensionale definito come il rapporto tra il libero cammino medio di una particella e una lunghezza caratteristica del sistema. Questo implica che l'ipotesi del continuo non è applicabile in questa fase iniziale, che quindi non può essere studiata tramite codici CFD convenzionali. In altre parole, è necessario un modello cinetico, in quanto un modello fluido non è applicabile.
Il metodo Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) è un promettente candidato per modellare i primi istanti di un in-vessel LOCA, in quanto fornisce una soluzione efficiente dell'equazione di Boltzmann cinetica per valori medio-alti di Kn. Recentemente, il metodo DSMC è stato implementato in OpenFOAM, uno strumento open source per la soluzione computazionale di problemi fluidodinamici. Questa implementazione DSMC è stata già applicata al Politecnico di Torino per risolvere altri problemi di deflussi rarefatti e sfrutta il calcolo parallelo (HPC).
L'obiettivo di questa proposta è di impiegare OpenFOAM per simulare l'evoluzione del transitorio iniziale, fino al punto in cui viene raggiunta una collisionalità sufficiente da permettere di utilizzare modelli CFD.
Vedi anche bb_loca_dsmc.pdf http://www.nemo.polito.it/teaching/thesis_proposals/master_thesis/nuclear_fusion_technology
Scadenza validita proposta 09/03/2021
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