Pebble flow in the HTR-PM reactor core by GPU-DEM simulation: Effect of friction

Zhang Zuoyi; Zou Quan; Gui Nan; Xia Bing; Liu Zhiyong; Yang Xingtuan

doi:10.1016/j.net.2024.04.032

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저자정보: Zhang Zuoyi (Tsinghua University) Zou Quan (Tsinghua University) Gui Nan (Tsinghua University) Xia Bing (Tsinghua University) Liu Zhiyong (Tsinghua University) Yang Xingtuan (Tsinghua University)

저널정보: 한국원자력학회 Nuclear Engineering and Technology Nuclear Engineering and Technology Vol.56 No.9

발행연도: 2024.9

수록면: 3,835 - 3,850 (16page)

DOI: 10.1016/j.net.2024.04.032

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The high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) with spherical fuel elements contains complex pebble flow. The flow behavior of pebbles is influenced by various factors, such as pebble density, friction coefficient, wall structure, and discharge port size. Using a GPU-DEM numerical model, the effects of the friction coefficient on the cyclic loading and unloading of pebbles in the full-scale HTR-PM are studied. Numerical simulations with up to 420,000 spherical pebbles are conducted. Four sets of friction coefficient values are determined for comparative analysis based on experimental measurements. Discharging speed, residence time, stress, porosity, and velocity distribution are quantitatively analyzed. In addition, a comparison with the CT-PFD experiment is carried out to validate the numerical model. The results show that near-wall retention phenomena are observed in the reactor core only when using large friction coefficients. However, using friction coefficient values closer to the measured experimental values, the pebble bed in HTR-PM exhibited good flow characteristics. Furthermore, the friction coefficient also influences the porosity and velocity distribution of the pebble bed, with lower friction coefficients resulting in lower overall stress in the bed. The discharge outlet’s influence varies with different friction coefficient values. In summary, this study demonstrates that the value of the friction coefficient has a complex influence on the pebble flow in HTR-PM, which provides important insights for future numerical and experimental studies in this field.

#Friction coefficient #Discrete element method #Pebble flow #HTGR #HTR-PM #GPU-DEM

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