Validation of RANS models and Large Eddy simulation for predicting crossfl ow induced by mixing vanes in rod bundle

Fabian Wiltschko; Wenhai Qu; Jinbiao Xiong

doi:https://doi.org/10.1016/j.net.2021.05.034

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저자정보: Fabian Wiltschko (School of Nuclear Engineering, Shanghai Jiao Tong University) Wenhai Qu (School of Nuclear Engineering, Shanghai Jiao Tong University) Jinbiao Xiong (School of Nuclear Engineering, Shanghai Jiao Tong University)

저널정보: 한국원자력학회 Nuclear Engineering and Technology Nuclear Engineering and Technology 제53권 제11호

발행연도: 2021.11

수록면: 3,625 - 3,634 (10page)

DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2021.05.034

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The crossflow is the key phenomenon in turbulent flow inside rod bundles. In order to establish confidence on application of computational fluid dynamics (CFD) to simulate the crossflow in rod bundles,three Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) models i.e. the realizable k-ε model, the k-u SST modeland the Reynolds stress model (RSM), and the Large Eddy simulations (LES) with the Wall-Adapting LocalEddy-viscosity (WALE) model are validated based on the Particle Image Velocimetry (PIV) flow measurement experiment in a 5 5 rod bundle. In order to investigate effects of periodic boundary conditionin the gap, the numerical results obtained with four inner subchannels are compared with that obtainedwith the whole 5 5 rod bundle. The results show that periodic boundaries in the gaps produce strongerrors far downstream of the spacer grid, and therefore the full 5 5 rod bundle should be simulated. Furthermore, it can be concluded, that the realizable k-ε model can only provide reasonable results veryclose to the spacer grid, while the other investigated models are in good agreement with the experimental data in the whole downstream flow in the rod bundle. The LES approach shows superiority to theRANS models

#Rod bundle #Spacer grid #Mixing vanes #Large eddy simulation #RANS #Benchmark

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S. K. Chang / 2008 / Phenomenological investigations on the turbulent flow structures in a rod bundle array with mixing devices / Nucl. Eng. Des 238:600~609

S. K. Chang / 2014 / Turbulent mixing in a rod bundle with vaned spacer grids : OECD/NEAeKAERI CFD benchmark exercise test / Nucl. Eng. Des 279:19~36

S. Y. Han / 2009 / Measurements of the flow characteristics of the lateral flow in the 66 rod bundles with Tandem Arrangement Vanes / Nucl. Eng. Des 239:2728~2736

J. Xiong / 2014 / Experimental investigation on anisotropic turbulent flow in a 66 rod bundle with LDV / Nucl. Eng. Des 278:333~343

M. E. Conner / 2013 / Hydraulic benchmark data for PWR mixing vane grid / Nucl. Eng. Des 264:97~102

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