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Die Technologie von Kiesbett-Kernreaktoren, die derzeit weltweit wiederbelebt wird, wirft grundlegende Fragen über dichten granulen Fluss in Silos auf. Ein typischer Reaktorkern besteht aus Graphitbrennstoffkugeln, die während eines kontinuierlichen Nachladungsprozesses sehr langsam abfließen. Der Kiesfluss ist wenig verstanden und nicht leicht experimentell zugänglich, hat jedoch einen großen Einfluss auf die Reaktorphysik. Um dieses Problem anzugehen, führen wir umfangreiche Diskrete-Elemente-Simulationen in realistischen Geometrien durch, mit bis zu 440.000 reibungsbehafteten, viskoelastischen 6-cm-Durchmesser-Kugeln, die in einem zylindrischen Behälter mit einem Durchmesser von 3,5 m und einer Höhe von 10 m abfließen, wobei die Bodenrutschen in einem Winkel von 30 Grad oder 60 Grad geneigt sind. Wir simulieren auch einen bidispersiven Kern mit einer dynamischen Mittelachse von kleineren Graphitmoderator-Kugeln und zeigen, dass kaum Mischungen bis zu einem Durchmesserverhältnis von 1:2 auftreten. Wir analysieren die mittlere Geschwindigkeit, Diffusion und Mischung, lokale Ordnung und Porosität (aus Voronoi-Volumina), die Verweildauerverteilung und die Auswirkungen der Wandreibung und diskutieren die Implikationen für das Reaktordesign und die grundlegende Physik des granularen Flusses.
Rycroft et al. (Donnerstag) haben diese Frage untersucht.