Evaluación del Código de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) OPENFOAM en el estudio del estrés térmico presurizado de los reactores PWR. Comparación con el código comercial ANSYS-CFX

Abstract

En las instalaciones nucleares existe una larga trayectoria en el uso de códigos específicos como Trace, TRAC/BF1 o Relap5 para su simulación, validación y licenciamiento. Sin embargo, cada vez más, se usan los códigos de CFD para estudiar problemas más concretos. OpenFOAM es un programa de CFD orientado a objetos, libre y de código abierto desarrollado bajo el lenguaje de programación C++. Se trata de una herramienta completa que permite al usuario modificarla para mejorar sus aplicaciones En este trabajo se plantea evaluar el potencial del código OpenFOAM para la simulación de flujos de fluido típicos en los reactores PWR, y en concreto para el estudio del estrés térmico presurizado en estos reactores. Se ha simulado el test Tl-1 dentro del proyecto OECD ROSA, con el objetivo de evaluar las prestaciones del código OpenFOAM y de los modelos de turbulencia que tiene implementados para capturar los efectos de las fuerzas de empuje en el caso de estudio. En este artículo se ha simulado el Test 1-1 del proyecto OECD ROSA que investiga la estratificación de temperatura en las ramas frías y en el downcomer de un PWR durante la inyección de agua de los ECCS bajo condiciones de circulación natural monofásica. Se presenta una comparativa de dos códigos: el código comercial Ansys-CFX y el código abierto OpenFOAM. En ambos códigos el trabajo se centra en los modelos de turbulencia RANS (Reynodls Average Navier-Stokes), siendo el modelo de 2 ecuaciones k-E (ampliamente utilizado), el modelo SST (shear stress transport) yelmodelo de siete ecuaciones RSM (Reynolds Stress Model) los modelos estudiados. Ambos códigos proporcionan buenos resultados para el estudio del estrés térmico presurizado, siendo el código OpenFOAM, libre y de código abierto.