کاربرد اپن فوم برای شبیه سازی عددی تأثیر محرک گرمایی بر جریان گاز درون یک سانتریفیوژ گازی در حالت جریان برگشتی کامل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 ریاست سازمان انرژی اتمی ایران

3 هیات علمی

4 شرکت فناوری های پیشرفته ایران

چکیده

عملکرد یک سانتریفیوژ گازی که در صنعت غنی‌سازی اورانیم استفاده می‌گردد به شدت به میدان جریان گاز درون آن وابسته است. برای بررسی میدان جریان گاز، نیاز به شبیه‌سازی کامپیوتری است. از اینرو در این مطالعه توانایی‌ها و قابلیت‌های نرم‌افزار اپن‌فوم برای شبیه‌سازی جریان گاز درون روتور برای حالت جریان برگشتی کامل (بدون ورود و خروج جریان) با محرک گرمایی در حالت متقارن محوری مورد بررسی قرار گرفت. اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی با اپن‌فوم با کمک نتایج حل تحلیلی مدل اولاندر و حل عددی مدل هارادا و همچنین مقایسه با نتایج شبیه‌سازی با فلوئنت انجام گرفت. نتایج شبیه‌سازی جریان برای سانتریفیوژ مدل نشان داد که انتخاب حلگر بر پایه چگالی و تعداد سلول 160×170 برای شبکه‌بندی مناسب می‌باشد. ارزیابی توانایی مدل نشان داد که نرم افزار اپن‌فوم به خوبی قادر به شبیه‌سازی جریان گاز درون روتور می‌باشد. همچنین شبیه‌سازی توزیع عدد نادسن، وجود ناحیه مولکولی نزدیک محور دوران را تأیید کرد. با توجه به اینکه در نرم افزار اپن‌فوم قابلیت حل ناحیه مولکولی و همچنین کدنویسی برای کوپل ناحیه پیوسته و مولکولی وجود دارد در حالیکه این قابلیت در نرم افزار فلوئنت وجود ندارد از اینرو استفاده از اپن فوم برای شبیه‌سازی جریان درون روتور پیشنهاد می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

OpenFoam application for numerical simulation of thermal drive effect on gas flow in a gas centrifuge for total reflux

چکیده [English]

The performance of a uranium gas centrifuge used in the uranium enrichment industry depends strongly on the gas flow field. In order to examine gas flow field, it is necessary to computer simulation. Therefore, in this study, the capabilities of OpenFoam software for simulating gas flow inside the rotor for total reflux thermal drive in axisymmetric mode have been investigated. OpenFoam simulation results has been validated with analytical results of Olander’s model, numerical solution of the Harada’s study and Fluent simulation. The simulation results for gas flow inside the rotor of centrifuge showed that density based solver was properly chose and the numbers of cell 160*170 was compatible with mesh. Numerical results demonstrated OpenFoam software was capable to examine the gas flow inside the rotor. Also, the simulation of the distribution of knudsen number confirms the presence of the molecular region in the near the axis of rotation. OpenFoam is open source software, there is the ability to solve the molecular region as well as the coding for coupling the continuous and molecular region, while this feature does not exist in the fluent software. Therefore, the use of open foam is recommended to simulate gas flow inside the rotor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas Centrifuge
  • thermal drive
  • circulation flow
  • numerical simulation
  • OpenFoam