Development and validation of a CFD multiphase model for micro-channels in small heat exchangers for SMRs

Abstract

Deze masterscriptie beschrijft de ontwikkeling en validatie van een CFD-model voor het voorspellen van drukverlies en warmtewisselgedrag in microkanalen onder zowel adiabatische als kookomstandigheden. Het model is opgezet binnen een Euleriaans–Euleriaans meerfasenraamwerk, waarbij meerdere interfaciale krachten, turbulentie- en kookmodellen zijn geïmplementeerd en vergeleken om hun effect op drukval, warmtestroom en volumefractie te evalueren. Met een modulaire aanpak is gestart met een basismodel (adiabatisch) en zijn stapsgewijs kookspecifieke brontermen en sluitingsrelaties toegevoegd om faseovergang en nucleatie in microkanalen te beschrijven. Validatie tegen gepubliceerde experimentele en numerieke data toont goede overeenstemming voor drukverlies, volumefractie en snelheidsprofielen. Het ontbreken van hoogresolutiemetingen voor horizontale microkanalen vormt echter een beperking voor kwantitatieve validatie van zowel adiabatische als kookregimes. De gebruikte submodellen presteren onder gematigde omstandigheden goed, maar onderschatten belangrijke kookstroomkenmerken bij hogere drukken of warmtestromen. Toekomstig werk moet zich richten op het ontwikkelen van geavanceerde sluitingsrelaties voor kookprocessen op microschaal en op gerichte experimenten voor het verkrijgen van fijnmazige data ten behoeve van modelkalibratie.