Dentro de los reactores nucleares, agua hirviendo, burbujas y los flujos turbulentos afectan la seguridad y la eficiencia. Durante muchos años, Modelar flujos burbujeantes turbulentos fue un desafío, problema que lleva mucho tiempo. Los investigadores se limitaron en gran medida a experimentos que produjeron solo unas pocas burbujas a la vez. Ahora, pueden simular las miles de burbujas necesarias para modelar y predecir el comportamiento de los flujos en los reactores nucleares. Un equipo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte desarrolló un método novedoso de rastreo de burbujas. El método basado en supercomputadoras produce un nivel de detalle que no se puede observar directamente en los experimentos.

Con un conocimiento fundamental de los flujos burbujeantes que se producen en los reactores nucleares, los investigadores pueden mejorar el rendimiento de los reactores. Las herramientas avanzadas de modelado y simulación pueden ayudar a mejorar la seguridad y la eficiencia de los reactores. Esfuerzos como este están ayudando a la industria nuclear a adoptar enfoques novedosos en el análisis de reactores. Estos análisis son fundamentales para el éxito de los diseños de reactores.

Los investigadores están arrojando luz sobre los fenómenos de ebullición, formación de burbujas, y flujos turbulentos de líquido / gas en geometrías de reactores nucleares. Usando supercomputadoras ALCF, idearon una forma de realizar una simulación numérica directa de burbujas deformables totalmente resueltas a una escala sin precedentes. El enfoque del equipo realiza simulaciones más pequeñas para obtener condiciones de estado estable estadísticamente y extraer datos numéricos con base física para el desarrollo de modelos a escala más gruesos. El Consorcio del DOE para la simulación avanzada de reactores de agua ligera utilizó los resultados de las simulaciones detalladas para desarrollar una nueva generación de modelos de ebullición que se incluirán en un modelo multifísico de reactor virtual avanzado. Adicionalmente, las simulaciones produjeron distribuciones detalladas de la concentración de burbujas y estimaron la variación de las fuerzas que actúan sobre las burbujas, proporcionando información para avanzar en la comprensión de los flujos turbulentos de dos fases.

Las ejecuciones a gran escala del nuevo enfoque demostraron el nuevo enfoque de seguimiento de burbujas, así como las técnicas de procesamiento y recolección de datos a escala para futuras simulaciones. El método del equipo, detallado en un artículo publicado en Nuclear Engineering and Design, Puede recopilar información detallada de flujo de dos fases a nivel de burbuja individual. Este marco analítico avanzado ayudará a los investigadores a obtener conocimientos de los "grandes datos" producidos por las simulaciones a gran escala.