All'interno dei reattori nucleari, acqua bollente, bolle, e i flussi turbolenti influiscono sulla sicurezza e sull'efficienza. Per molti anni, modellare flussi turbolenti di bollicine è stata una sfida, problema che richiede tempo. I ricercatori sono stati in gran parte limitati a esperimenti che hanno prodotto solo poche bolle alla volta. Ora, possono simulare le migliaia di bolle necessarie per modellare e prevedere il comportamento dei flussi nei reattori nucleari. Un team della North Carolina State University ha sviluppato un nuovo metodo di tracciamento delle bolle. Il metodo basato su supercomputer produce un livello di dettaglio che non può essere osservato direttamente negli esperimenti.

Con una comprensione fondamentale dei flussi di bolle che si verificano nei reattori nucleari, i ricercatori possono migliorare le prestazioni dei reattori. Strumenti avanzati di modellazione e simulazione possono aiutare a migliorare la sicurezza e l'efficienza dei reattori. Sforzi come questo stanno aiutando l'industria nucleare ad adottare nuovi approcci nell'analisi dei reattori. Tali analisi sono cruciali per la progettazione di reattori di successo.

I ricercatori stanno facendo luce sui fenomeni di ebollizione, formazione di bolle, e flussi turbolenti di liquido/gas nelle geometrie dei reattori nucleari. Utilizzando i supercomputer ALCF, hanno ideato un modo per condurre una simulazione numerica diretta di bolle deformabili completamente risolte su una scala senza precedenti. L'approccio del team esegue simulazioni più piccole per ottenere condizioni statisticamente stazionarie ed estrarre dati numerici su base fisica per lo sviluppo di modelli in scala più grossolani. Il Consorzio del DOE per la simulazione avanzata dei reattori ad acqua leggera ha utilizzato i risultati delle simulazioni dettagliate per sviluppare una nuova generazione di modelli di ebollizione da includere in un modello multifisico avanzato di reattore virtuale. Inoltre, le simulazioni hanno prodotto distribuzioni dettagliate della concentrazione delle bolle e stimato la variazione delle forze agenti sulle bolle, fornendo approfondimenti per far progredire la comprensione dei flussi bifase turbolenti.

Esecuzioni su larga scala del nuovo approccio hanno dimostrato il nuovo approccio di tracciamento delle bolle, così come l'elaborazione dei dati e le tecniche di raccolta su larga scala per simulazioni future. Il metodo della squadra, dettagliato in un articolo pubblicato su Nuclear Engineering and Design, può raccogliere informazioni dettagliate sul flusso bifase a livello di bolla individuale. Questo quadro analitico avanzato aiuterà i ricercatori a ottenere informazioni dai "big data" prodotti dalle simulazioni su larga scala.