Rozmowa z mgr inż. Tomaszem Kwiatkowskim na temat projektu pt. „Zastosowanie modeli turbulentnych typu LES i hybrydowych dla precyzyjnych predykcji przepływu chłodziwa i wymiany ciepła w ściśle upakowanych kasetach paliwowych”.
Jak można zdefiniować modele turbulentne?
Zacznijmy od najprostszej definicji terminu turbulencji, która opisuje bardzo skomplikowany ruch płynów (płynem określamy zarówno ciecze, gazy a nawet ciekłe metale). Ruch turbulentny najłatwiej zwizualizować jako szereg wirów i innych chaotycznych struktur. Przepływy turbulentne mimo prowadzony od kilku dekad badań, wciąż stanowią aktualny i daleki od rozwiązania problem poznawczy, wynika to między innymi z wielkoskalowego charakteru zjawiska turbulencji. Skale turbulencji pokrywają w sposób ciągły zakres rozciągający się od mikrometrów (milionowej części metra) po skale setek lub tysięcy kilometrów (skala geofizyczna – np. huragany). Natomiast modele turbulentne są to modele matematyczne, która za pomocą skomplikowanych wzorów próbują opisać fizykę badanych zjawisk. Takie modele obliczane są przy wykorzystaniu superkomputerów i taką infrastrukturę badawczo-obliczeniową posiada Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), a jest to Centrum Informatyczne Świerk (CIŚ).
Cel projektu?
W ogólności, głównym celem badań jest sprawdzenie dostępnych i powszechnie stosowanych modeli turbulencji. Warto podkreślić, że wyróżniamy trzy główne „podejścia” do modelowania. Najczęściej stosowane modele, dają nam wyniki uśrednione/przybliżone, jak również zakładają szereg uproszczeń. Modele te dość dobrze odwzorowują rzeczywistość, przy czym nie wymagają dużych nakładów czasu i jednocześnie kosztów mocy obliczeniowej. Następnie mamy podejście bardziej dokładne (pośrednie), otrzymywane dane są bliższe rzeczywistość, ale takie obliczenia trwają już dłużej i wymagają odpowiednio większych zasobów komputerowych. Ostatnie podejście jest najbardziej dokładne, którego wyniki mogą być utożsamiane z wynikami fizycznego eksperymentu. Pewnego rodzaju wadą tych obliczeń jest, z jednej strony czas potrzebny na ich przeprowadzenie (w zależności od przypadku miesiące lub nawet lata), a z drugiej ogromne zasoby obliczeniowe, przez co są bardzo kosztowne. Dlatego też choć super dokładne, nie są atrakcyjne z punktu widzenia przemysłu i różnego rodzaju prac komercyjnych. Ja w swoich badaniach chcę wykorzystać dane z podejścia pośredniego i na ich podstawie zaproponować poprawę obecnie stosowanych modeli, aby dokładniej odwzorowywać przepływ chłodziwa i wymianę ciepła w ściśle upakowanych kasetach paliwowych stosowanych w reaktorach jądrowych. Wszystkie prace realizowane w ramach badań odbywają się przy wykorzystaniu naszego klastra CIŚ.
Na co mogą przełożyć się wyniki badań?
Otrzymane wyniki pozwolą zaproponować zestaw tzw. najlepszych praktyk, tzn. jak poprawnie należy przeprowadzać analizy przepływu i wymiany ciepła w ściśle upakowanych kasetach paliwowych. Dzięki temu inżynierowie jądrowi otrzymają ulepszone narzędzie umożliwiające uzyskanie bardziej wiarygodnych wyników, co bezpośrednio przenosi się na wykorzystanie bardziej optymalnych rozwiązań w praktyce i przy projektowaniu nowych technologii jądrowych.
Dziękujemy za rozmowę.
Sebastian Wach
