超临界压力区域失压瞬态传热特性数值研究

采用Ansys Fluent 15.0开展水工质在超临界压力区域失压瞬态传热特性的数值研究。通过对比分析计算结果与实验数据，建立了合理的并适用于超临界压力区域失压瞬态工况的数值模拟方法。数值计算结果表明，在模拟的近临界点瞬态工况参数下，实验段出口流体参数已超过该工况的拟临界点参数，但该参数仍处于物性参数急剧变化的拟临界点附近区域，实验段流体从入口区域的不可压缩流动转变为出口区域的可压缩流动，且拟临界点处的质量流速和压降梯度出现峰值。瞬态工况计算结果与Jackson公式计算结果对比分析表明，在临界点附近区域Jackson公式计算的努塞尔数比本文计算的努塞尔数高出20%~50%。      

基于子通道分解的壁面效应分析方法研究

对具有重复结构特征的对象进行实验研究时,由于实验成本和实验条件的限制,只能选取其中部分结构开展实验,这部分结构与原型在热工水力特性方面差异的主要来源是壁面效应。基于子通道分解的思想提出一种判断壁面效应的简单准则,可为重复结构类部件的重复单元数目的选取提供合理的初步估计。通过对电功率为1000 MW的超临界水冷堆概念设计方案(CSR1000)燃料组件典型结构的参数优化分析,并与计算流体力学(CFD)数值计算进行比较。利用该方法对5×5棒束结构进行的典型性分析表明,5×5棒束结构是综合考虑边壁效应和实验成本后的均衡选择。     

计算流体力学应用于子通道分析的初步方法研究

多尺度耦合分析是目前开展反应堆安全分析的一种趋势，常规的多尺度耦合是将不同程序通过一公共耦合平台实现数据间的传递和交换。本文提出一种新的多尺度耦合思路，认为基于相对小尺度的分析手段可扩展应用至大尺度，并用计算流体力学（CFD）应用于子通道尺度的数值模拟方法进行验证。验证结果表明，该方法具有一定的合理性，但这种方法对湍流交混能力的考虑仍存在欠缺，还需进一步改进。     

基于二级相变理论的超临界拟临界区划分方法

拟临界区通常意义上是指超临界条件下拟临界点附近物性变化剧烈的区域,在该区域内超临界流体的传质、传热行为与亚临界流体有很大不同,传统的亚临界热工水力分析模型已不适用,因此拟临界区是超临界流体热工水力特性研究的重点区域。本文基于拟临界区的热力学性质提出一种新的划分方法,认为超临界条件下高密度流体与低密度流体的转变满足二级相变理论,表面张力消失点为拟临界区的起始点,拟临界温度是相转变点,拟临界区的起始点和终止点满足Ehrenfest相变平衡方程。。     

跨临界时二氧化碳体系微观结构特征的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了跨越临界点时二氧化碳体系微观结构特性。径向分布函数的分析表明,临界点前后体系内短程序结构变化很小,主要受分子间极强的近邻相互作用的强化效果影响,第一近邻配位数的分析进一步显示近程结构的变化以配对分子数量的变化为主;气态条件下的二氧化碳体系仍呈“近程有序且长程无序”状态;静态结构因子的分析表明,拟临界区体系中存在中远程有序结构;定义了无序距离,该参数的突增表明了临界点附近分子间相互作用距离剧烈增大。      

蚀刻后折角圆弧对折线微通道内流动换热特性的影响分析

应用实验测量结合数值模拟的方法研究了蚀刻后折角圆弧对折线微通道内流动换热特性的影响。实验测量结果表明,化学蚀刻过程中的侧蚀现象必然导致折线流道折角处产生圆弧过渡,且圆弧半径随流道倾角的增加呈幂函数衰减。数值模拟结果表明：扰流角处圆弧过渡将显著顺滑流动而不显著地降低换热,45°流道倾角时,折角处圆弧过渡可使单位长度压降减小约91.9%,Nu最大将减小12.5%;当流道倾角<45°时,导流角弧度半径影响较小,建立流道模型时可设定导流角弧度半径等于扰流角弧度半径以简化模型;折角处圆弧过渡的复合折线流道形式是折线微流道结构优化的重要方向,且流道倾角越大优化效果越明显。     

反应堆压力容器下腔室交混特性的数值模拟方法研究

反应堆冷却剂系统蒸汽管道发生破口事故后,硼溶液在反应堆压力容器下腔室的对流交混特性对于反应堆安全分析及事故后缓解与抑制策略制定均有重要作用。本文基于实验结果分析了反应堆压力容器下腔室的交混特性及浓度扩散过程,采用数值模拟方法结合实验数据比较了几种主要模型计算结果的准确性与可靠性。分析结果表明,压力容器下腔室的交混特性呈现出外围扩散特征,温度梯度法与组分输运模型具备描述浓度梯度扩散过程的能力,但在细节分布上仍存在进一步改善与优化的空间。     

含绕丝2×2棒束内超临界水传热特性数值研究

超临界水冷堆燃料组件多采用稠密栅格布置,用绕丝进行定位,绕丝可增强通道间的交混能力,对通道的换热特征会产生明显影响。以含绕丝的小棒束2×2组件为分析对象,采用计算流体动力学(CFD)方法分析超临界条件下绕丝对换热特征的影响。分析结果表明:绕丝会改善通道的换热能力,抑制周向不均匀分布,但也可能在局部产生壁温峰值。在数值计算中发现壁温峰值的成因有两类,并对二者的成因进一步叙述,分析绕丝结构参数对换热特性的影响。     

临界点附近CO2物性畸变特性的分子动力学研究

通过分子动力学模拟方法,从微观角度研究了临界点附近CO₂物性畸变特性。分子动力学模拟表明COMPASS力场在远离临界点时具有较高精度,在临界点附近精度较低但可反映密度畸变现象。通过划分模拟空间,获得体系密度涨落特性,分析表明,临界点附近存在很大的密度涨落,且临界点前后密度涨落值呈现不对称特性;在CO₂分子上建立局部坐标,并定义了二聚体构型三参数描述方法,该描述方法能够全面描述二聚体构型分布,模拟结果显示在平行构型、T构型及十字构型中,T构型出现概率最高,3种构型的转变与物性畸变或存在紧密关联。      

CSR1000带肋子通道程序验证及分析

超临界水冷堆燃料组件多采用绕肋进行自定位,绕肋对于组件热工水力特性的影响较为复杂。在超临界子通道程序ATHAS的基础上改进绕肋处理模块,并基于计算流体力学(CFD)工具对绕肋模型进行验证。改进后的子通道分析程序整体上能够反映出不同通道的变化趋势,对绕肋的几何参数变化也能做出较为合理的响应,证明绕肋模型正确;但在部分通道的预测上仍需要进一步改进。