Fuel debris' air cooling analysis using a lattice Boltzmann method

格子ボルツマン法による燃料デブリの空冷解析

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; 河村 拓馬 ; 上澤 伸一郎  ; 山下 晋   ; 吉田 啓之  

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Kawamura, Takuma; Uesawa, Shinichiro; Yamashita, Susumu; Yoshida, Hiroyuki

福島第一原子力発電所の廃炉の方法の一つとして、乾式法が挙げられる。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、空冷性能のCFD評価手法としてJUPITERコードを開発している。しかしながら、JUPITERコードにおいて、複雑な原子炉内構造物を捉えた解析を実施するためには、非常の多くの計算資源と計算時間が必要となる。このような問題に対して、本研究ではGPUスーパーコンピュータに適した格子ボルツマン法に基づくCityLBMコードを開発している。CityLBMにてDry methodを模擬したJAEAの実験に対して検証計算を行なった結果、JUPITERコードと同様の結果が得られることが示された。また、同じ解像度および同数の並列数にて計算速度の比較を行った結果、GPUを用いたCityLBM法は、CPUを用いたJUPITERの1/6の計算時間にて解析が行えることが示された。以上の結果より、CityLBMは熱流動解析コードの有効な手法の一つであることが示された。

A dry method is one of practical methods for decommissioning the TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been evaluating the air cooling performance by using the JUPITER code. However, the JUPITER code requires a large computational cost to capture debris' structures. To accelerate such CFD analyses, we use the CityLBM code, which is based on the lattice Boltzmann method (LBM) and is highly optimized for GPUs. The CityLBM code is validated against free convective heat transfer experiments at JAEA, and the similar accuracy as the JUPITER code is confirmed regarding the prediction capability of heat transfer and the resulting temperature distributions. It is also shown that the elapse time of a CityLBM simulation on GPUs is reduced to 1/6 compared with that of the corresponding JUPITER simulation on CPUs with the same number of GPUs and CPUs. The results show that the LBM is promising for accelerating thermal convective simulations.