Abstract TerraPower participated in a cooperative project among industry, a national laboratory, and a university to perform verification and validation of computational fluid dynamics (CFD) methods for predicting the flow and heat transfer within fuel assemblies with hexagonally packed wire-wrapped fuel pins. This project consisted of both experimental and numerical components and used surrogate fluids and electrically heated fuel pins to substitute for liquid metal and nuclear fuel. TerraPower performed CFD simulations of the experiments using industrial-level Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence modeling. These simulations of helically wire-wrapped fuel assemblies employed meshes of bare pins without the wire-wrap geometry explicitly modeled. Instead, the effect of the wire-wrap on the flow is accounted for by introducing a momentum source (MS) into the governing fluid equations. Solution validation was conducted by benchmarking the CFD simulations to the heated bundle experiments. These simulations used the as-tested boundary and operating conditions but were conducted blind. Pressure drop measurements and local temperature measurements were compared. Axial pressure drop simulation results compared well with the experiment measurements. The vast majority of the local CFD temperatures matched thermocouple measurements within the instrument uncertainty. The good agreement between simulation and experiment supports the use of RANS-based CFD simulation methods and the specific applied MS method to model wire-wrapped fuel assemblies.

中文翻译：

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绕线销组件的 CFD 验证和验证

摘要 TerraPower 参与了一个工业、国家实验室和大学之间的合作项目，对计算流体动力学 (CFD) 方法进行验证和验证，用于预测具有六边形包装绕线燃料棒的燃料组件内的流动和传热。该项目由实验和数值组件组成，并使用替代流体和电加热燃料棒来替代液态金属和核燃料。TerraPower 使用工业级雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 湍流建模对实验进行 CFD 模拟。这些螺旋绕线燃料组件的模拟采用了裸针的网格，而没有对绕线几何结构进行明确建模。反而，通过在控制流体方程中引入动量源 (MS) 来考虑绕线对流动的影响。解决方案验证是通过将 CFD 模拟与加热束实验进行基准测试来进行的。这些模拟使用了测试过的边界和操作条件，但都是盲目进行的。比较了压降测量值和局部温度测量值。轴向压降模拟结果与实验测量结果相得益彰。绝大多数本地 CFD 温度与仪器不确定度内的热电偶测量值相匹配。模拟和实验之间的良好一致性支持使用基于 RANS 的 CFD 模拟方法和特定应用的 MS 方法来模拟绕线燃料组件。解决方案验证是通过将 CFD 模拟与加热束实验进行基准测试来进行的。这些模拟使用了测试过的边界和操作条件，但都是盲目进行的。比较了压降测量值和局部温度测量值。轴向压降模拟结果与实验测量结果相得益彰。绝大多数本地 CFD 温度与仪器不确定度内的热电偶测量值相匹配。模拟和实验之间的良好一致性支持使用基于 RANS 的 CFD 模拟方法和特定应用的 MS 方法来模拟绕线燃料组件。解决方案验证是通过将 CFD 模拟与加热束实验进行基准测试来进行的。这些模拟使用了测试过的边界和操作条件，但都是盲目进行的。比较了压降测量值和局部温度测量值。轴向压降模拟结果与实验测量结果相得益彰。绝大多数本地 CFD 温度与仪器不确定度内的热电偶测量值相匹配。模拟和实验之间的良好一致性支持使用基于 RANS 的 CFD 模拟方法和特定应用的 MS 方法来模拟绕线燃料组件。比较了压降测量值和局部温度测量值。轴向压降模拟结果与实验测量结果相得益彰。绝大多数本地 CFD 温度与仪器不确定度内的热电偶测量值相匹配。模拟和实验之间的良好一致性支持使用基于 RANS 的 CFD 模拟方法和特定应用的 MS 方法来模拟绕线燃料组件。比较了压降测量值和局部温度测量值。轴向压降模拟结果与实验测量结果相得益彰。绝大多数本地 CFD 温度与仪器不确定度内的热电偶测量值相匹配。模拟和实验之间的良好一致性支持使用基于 RANS 的 CFD 模拟方法和特定应用的 MS 方法来模拟绕线燃料组件。