Plan de l’exposé
• Brève présentation du code NEPTUNE_CFD
• Présentation de l’interface graphique Edamox axée sur les choix de modèles
• Étude d’un cas complexe
• Exemples (Kamp, Cosi, Laokoon, Thorpe)
Présentation de NEPTUNE_CFD
• Code multi-phasique basé sur une approche RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes)
• 1 à 20 phases (choix de l’utilisateur)
• Phase 1 continue, phases 2 et suivantes dispersées dans la phase 1
• Thermique en option (possibilité de calculs isothermes sans équations d’énergie)
Présentation de NEPTUNE_CFD
• Equations de base: masse, quantité de mouvement et enthalpie totale (par phase)
• Equations en option pour:
• Turbulence (modèles K-, q2-q12, R2ij-q12)
• Aire interfaciale volumique
• Gaz incondensables
• Scalaires passifs (définis par l’utilisateur)
Présentation de NEPTUNE_CFD
• Variables co-localisées aux centres des mailles
• Utilisation de filtres Rie & Chow pour éviter les problèmes de modes parasites
• Maillages non structurés non conformes
Equations de NEPTUNE_CFD
• Masse:
• Quantité de mouvement:
kkkkkkkk V.
t
...)ajoutéemasse,trainée(forcesautresM
turbulenteetemoléculairdiffusion.
gravitéetpressiongradientgP
kphasemoyenneonaccélératiDt
VD
k
T
kkkk
kkkk
kkkkk
Equations de NEPTUNE_CFD
• Enthalpie totale:
chaleuretmasseerfacialinttransfertaqHH
)chauffanteparoi.g.e,chaleur(cetandisàsourceQ
pressiondetermest
P
turbulenteetemoléculairdiffusionqq.
totaleenthalpie'diationvarDt
HD
Ikikkk
kkkk
k
T
kkkk
kkkkk
Modèle K- pour la phase liquide
• Hypothèse d’un écoulement à bulles
LLLGDG
LLLLLLLL
LK
TL
LL
LLLLL
KVV.M1
V:vv
K.1
VK.t
K
LL
L
b
LGDG
L
3LLLL
L
LL
L
2L
L
L
TL
LL
LLLLL
VV.MCV:vv
KC
KC
.1
V.t
12
Bilan d’aire interfaciale
• Ecoulement à bulles:
breakup/ecoalescencI
oncondensati/névaporatio
GG
gazdutédilatabili/ilitécompressib
GIGG
G
IIGI
I adfmd4
.vt3
a2va.
t
a
Présentation de NEPTUNE_CFD
• Modèles disponibles depuis l’interface utilisateur Edamox:
• Modèles de trainée (e.g. Ishii, 1990, Schiller & Naumann, SIMMER pour écoulements à phases séparées)
• Modèles de masse ajoutée (avec correction de Zuber ou non)
• Modèle de lift (Tomiyama, 1998)• Force de dispersion turbulente (Lopez de
Bertodano)
Edamox
Choix des modèles de turbulence
Modèles de collisions et types de conditions aux parois
Modèles de forces interfaciales
Traitement phases séparées (écoulements stratifiés)
Propriétés des fluides (tables)
Physiques particulières
Exemple: étude d’un cas complexe
• Phase 1: eau liquide
• Phase 2: vapeur
• Phase 3: particules solides
• Phase 4: gaz
• Les particules solides réagissent et forment un gaz au contact de l’eau
Exemple: étude d’un cas complexe
• Le domaine comporte deux entrées: une injection d’eau froide, une injection de particules solides
Définition de l’état initial
• Domaine stratifié (eau en bleu, vapeur en rouge) à saturation, la répartition de pression étant hydrostatique
Modélisation des pompes
• Pompes aspirant de la vapeur via les e/s libres modélisées par une source de quantité de mouvement.
Equations résolues
• 4 équations de masse
• 4 équations de quantité de mouvement
• 4 équations d’enthalpie
• Une équation pour le nombre volumique de particules
Maillage utilisé
Paramétrage dans Edamox
Exemple 1: expérience de Kamp
• Écoulements à bulles ascendant, descendant et en microgravité
• Écoulement eau/air adiabatique en conduite
• Mesure des profils radiaux de taux de vide, de vitesses moyennes liquide et gaz, et de fluctuation turbulente (rms velocity) du liquide
Exemple 2: COSI
• PTS (Pressurized Thermal Shock) in PWR
• Etude de l’ensemble Branche Froide + Downcomer
• Injection d’eau froide dans un écoulement stratifié d’eau chaude et de vapeur.
• Mesure de profils verticaux de température liquide
Exemple 3: LAOKOON
• Écoulement stratifié horizontal d’eau sous-refroidie avec condensation de vapeur saturée le long de la surface libre.
• Calcul avec ANSYS CFX
• Mesures du profil vertical de température liquide à 790 mm de l’entrée.
Équations résolues par CFX sur le cas LAOKOON
• Bilan de masse pour le mélange diphasique• Bilan de quantité de mouvement pour le mélange
diphasique• 2d bilan masse pour la hauteur de la couche d’eau
(taux de présence de l’eau liquide)• Bilan d’enthalpie pour le liquide (vapeur saturée)• Modèle k--k- SST pour la diffusion turbulente
Water
Steam
990
790
106
31
300,00
320,00
340,00
360,00
380,00
400,00
420,00
440,00
460,00
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
Height, m
Tem
per
atu
re,
K
Data
Calculation
Maillage LAOKOON pour CFX
300,00
320,00
340,00
360,00
380,00
400,00
420,00
440,00
460,00
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
Height, m
Tem
per
atu
re,
K
Data
Calc., no masstransfer
Calc.,condensation
Exemple 4: THORPE
Figure 1.Description of the Thorpe’s experiment
Description de THORPE
• 2 fluides superposés de densités voisines et de viscosités voisines.
• Tension de surface mesurée: = 0.04 N/m• La boite contenant les fluides subit des
oscillations (angle ) générant à l’intérieur les ondes de surface.
• Étude de l’instabilité de Kelvin-Helmholtz• Écoulement laminaire (Re = 183)
Équations résolues par Fluent sur le cas THORPE
• Méthode VOF pour le suivi d’interface
• 2 bilans masse pour les 2 phases
• 1 seul bilan de quantité de mouvement pour le mélange diphasique
• Tension de surface prise en compte: test de la sensibilité à la tension de surface: = 0.04, 0.02 ou 0 N/m.
Sensibilité à la tension de surface
= 0.00 N/m
= 0.02 N/m
= 0.04 N/m
Time = 3.0 s
Comparaison NEPTUNE versus FLUENT
• Tension de surface nulle (non disponible dans NEPTUNE).
• FLUENT utilise une équation de mélange pour la quantité de mouvement, alors que NEPTUNE utilise des équations séparées pour les deux phases.
t = 1.2 s t = 1.2 s
t = 1.4 s t = 1.4 s
t = 1.7 s t = 1.7 s
t = 2.0 s t = 2.0 s
FLUENT V6.2.16 NEPTUNE CFD V1.0.3
Figure 24. Axial velocity: FLUENT vs. NEPTUNE
a) b)
Top Related