شبیه سازی جریان دوفازی شار رانشی در یک کانال عمودی با استفاده از روش نیوتن-کریلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا-پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 مدیر گروه پژوهشی پرتو فرآوری

3 هیئت علمی پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای

4 مسئول پژوهشکده راکتور پژوهشکده علوم و فنون هسته ای

چکیده

در این مقاله، یک روش عددی بمنظور مدل سازی جریان جوشش زیر سرد در یک کانال عمودی با استفاده از مدل شار رانشی ارئه شده است. سیستم معادلات غیر خطی با روش کاملا ضمنی و با استفاده از روش نیوتن-کریلف مستقل از ژاکوبین (JFNK) حل شده‌اند. بمنظور بهبود کارایی روش JFNK و پایداری عددی، پیش‌ شرط ساز نیمه - ضمنی برپایه فیزیک مسئله پیاده‌سازی شده است. اخیرا محققین برای حل معادلات تنک، بزرگ و کاهش هزینه محاسبات از روش JFNK به طور گسترده در تدوین نرم افزارهای ترموهیدرولیک هسته ای استفاده نموده اند. به منظور اعتبارسنجی، نتایج با نتایج آزمایشگاهی، نتایج نرم افزار RELAP5 و نتایج حاصل از شبیه سازی با روش نیمه‌‎ضمنی مقایسه شده‌ و توافق خوبی بدست آمد. مقایسه نتایج نشان می‌دهد که روش JFNK با پیش شرط ساز نیمه-ضمنی حداقل به میزان 50 درصد همگرایی را سرعت بخشیده و همچنین قابلیت پیش‌بینی کسربخار با میانگین خطای مطلق کمتر از 34/7 درصد در گستره قابل ملاحظه‌ای از فشار را داراست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of two-phase flow drift flux model in a vertical channel using Newton–Krylov method

نویسنده [English]

  • Hossein Kazeminejad 2
چکیده [English]

In this paper, a numerical method is proposed in order to model the subcooled boiling flow in a vertical channel using the Drift Flux Model. The system of nonlinear equations is solved with the fully-implicit scheme using the Jacobian-free Newton–Krylov (JFNK) method. In order to improve the efficiency of the JFNK method and its numerical stability, a semi-implicit physics based preconditioning (PBP) is implemented. The JFNK method has been widely used to solve large and sparse system of equations. To validate the proposed method, results were compared with the experimental data as well as the results of modeling with the RELAP5 code and the available numerical results in the literature and a good agreement was found. Also, it was found that the convergence rate of the JFNK method with the PBP is at least 50 percent higher than the JFNK method and the void fraction mean absolute percentage error (MAPE) is less than 7.34 over a wide range of flow and pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two-Phase Flow
  • Drift Flux Model
  • JFNK method