Investigación del proceso de crecimiento de burbujas de helio en eutéctico de litio-plomo

Abstract

En reactores de fusión, la posibilidad de formación de burbujas de helio (He) en envolturas regeneradoras que utilizan la aleación eutéctica de litio-plomo (LLE) como material regenerador de tritio no es remota. Una vez formadas, la acumulación de burbujas en las superficies de contacto entre la estructura y el LLE conllevaría una reducción de la transferencia de calor y de la permeación de tritio. Consecuentemente, el impacto en las características de autosuficiencia de combustible en el reactor dependerá de la hidrodinámica, y del tamaño, concentración (coalescencia o ruptura), y estabilidad (crecimiento o implosión) de las burbujas. La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) se considera una herramienta potente para investigar la evolución de burbujas a escala macroscópica en condiciones donde los modelos teóricos no son válidos y/o los experimentos son engorrosos y costosos. En el presente estudio, un modelo CFD desarrollado en el código abierto OpenFOAM® se ha usado para identificar y visualizar los principales factores involucrados en el proceso de crecimiento de burbujas de He en LLE, entre ellos, la transferencia de masa interfacial y la hidrodinámica. Los resultados han mostrado que el incremento en el radio de una burbuja estacionaria se puede representar satisfactoriamente como ¿¿¿ (¿)/¿ = ¿ · ¿ ¿ /¿ , donde a ..1.1ee-07 m/s, n 0.68.0. Los resultados presentan además una buena concordancia con modelos teóricos que describen la evolución del radio de las burbujas. Por otro lado, se ha observado que la hidrodinámica del LLE facilita la rápida renovación de la concentración de He en la parte posterior de burbujas ascendentes. También, se han visualizado las diferentes etapas dinámicas que sufre la interfaz durante la coalescencia de dos burbujas. Finalmente, se ha encontrado que la correlación de Davenport puede describir la transferencia de masa interfacial en burbujas ascendentes de He en LLE con una desviación relativa menor a 7.9 %.