棒束通道定位格架沸腾临界特性数值研究

为研究核反应堆中定位格架及搅混翼对沸腾临界现象产生的影响,本文采用计算流体动力学（CFD）分析方法,探讨了棒束通道中定位格架的数目、位置和搅混翼的角度对于沸腾临界现象的影响。结果表明:定位格架会对主流流动产生阻力,同时定位格架数目越多,沸腾临界发生的温度也越高,但将定位格架布置在沸腾临界发生位置时,则可有效改善壁面传热环境并降低沸腾临界发生时的峰值温度。搅混翼的存在则会有效降低加热面附近空泡份额,改善传热环境,但搅混翼角度过大时会导致沸腾临界提前发生。      

带格架四棒束超临界水流动传热数值分析

棒束内超临界水流动传热是超临界水堆堆芯热工水力研究的重要内容,但对其认识还十分有限。本文针对四棒束内超临界水的流动传热现象开展数值模拟,特别分析了定位格架对棒束通道内流动和传热的影响。结果表明,采用SSG湍流模型计算所得到的棒束壁面温度和实验结果吻合良好,定位格架的存在影响下游流体的速度分布,显著提高格架下游的传热特性,交混系数有大幅上升,使得加热棒周向壁面温度分布更加平均,最高温度出现位置发生改变。     

棒束通道内定位格架搅混特性PIV可视化研究

定位格架作为燃料组件中重要的组成部件之一,不仅在结构上固定燃料棒,而且在燃料组件内热工水力性能同样显著,特别是对工质的搅混性能直接关系到反应堆的经济性和安全性,因此有必要对燃料组件内定位格架搅混特性进行研究。本文通过粒子图像测速（PIV）技术开展了棒束通道内定位格架上下游流场的可视化研究,对比了有无格架棒束通道内流场的分布特征,定量分析了定位格架对棒束通道流场搅混的贡献。对不同流速下定位格架下游横纵速度的沿程变化特性进行研究,发现了不同流速作用下定位格架对横向、轴向速度的促进和抑制规律。另外,通过速度均方根对下游的湍流特性进行了评估。实验结果可为数值计算提供全场的数据验证,并可为定位格架设计和优化提供基础。     

棒束通道中格架对传热影响的实验研究

针对格架下游传热问题,开展了格架对5×5棒束通道中传热影响的实验研究,实验Re约为1000～30000,浮升力参数Bo*为2×10^-7～3×10^-3。观察实验结果发现,格架下游传热与浮升力参数存在较强关联,当浮升力参数较大时,格架下游传热较复杂,且不同于人们以往对格架下游传热的认识。通过对实验数据分析,提出了新的预测格架下游传热的经验关系式,此关系式考虑了浮升力对格架下游传热的影响,且能较好地对格架下游传热进行预测。     

300 MW燃料组件定位格架导向翼三维流场分析

从三维流场分析角度验证了300MW燃料组件定位格架导向翼初步设计改进方案的合理性,采用流体计算软件对燃料组件定位格架或棒束定位格架进行计算,比较导向翼修改前后的定位格架水力特性和导向翼周围流场的变化,为实际工程应用提供了依据。     

定位格架对棒束通道出口温场分布影响研究

为分析定位格架交混能力,进一步优化定位格架热工设计方法。本文通过实验研究不同结构定位格架对棒束通道出口温场分布的影响。实验中,系统压力为7.0～16.5 MPa,质量流速为900～4500 kg·m^-2·s^-1,实验段进出口温差为30～128℃。实验结果表明,在压水堆运行参数范围内,对于相同定位格架结构形式,不同压力、进出口温差、质量流速等热工参数条件下棒束通道出口截面子通道最高温度和最低温度的差值与进出口温差的比值没有明显变化趋势;交混翼主导了定位格架的交混作用,II型交混翼带来较强的交混作用;对于D型定位格架,非对称的条带结构会导致流场整体出现一定的偏转,一定程度上降低了定位格架的交混作用。     

棒束通道内定位格架的两相流动局部阻力实验研究

在常温、常压条件下,对竖直3×3棒束通道内定位格架的单相及两相局部阻力特性进行了实验研究。单相流动实验时,水雷诺数的变化范围为290~18 007;两相实验时,气相、液相表观速度变化范围分别为0.013~3.763m/s和0.076~1.792m/s。利用单相实验数据得到的定位格架局部阻力系数计算关系式,用两相实验数据对均相流模型中8种不同的两相等效黏度计算方法进行了评价。Rel9 000时,Dukler模型的预测效果最好;Rel≥9 000时,McAdams计算方法预测效果最好;基于所有数据,Dukler模型的计算值与实验值吻合最好,平均相对误差为29.03%。考虑了质量含气率、两相雷诺数及气液相密度的影响,对Rel9 000时的实验数据进行了拟合,得到的经验关系式的计算值与实验值符合较好。     

压水堆棒束定位格架两相搅混特性数值研究

本文提出一种CFD方法用于评价压水堆燃料棒束定位格架两相搅混特性。针对两种典型的定位格架,采用CFX12.0进行了空气-水两相流动的数值模拟,并与采用氟里昂工质开展的临界热流密度（CHF）实验进行对比。结果表明,CFD方法可初步应用于评价格架下游汽泡的分布特性。     

CFD方法在棒束定位格架热工水力分析中的应用研究

利用UG、CFX程序和计算流体力学(CFD)方法对AFA-2G组件5×5棒束定位格架进行了几何建模和通道内单相水三维流场数值模拟,包括特定流速下流场的定性和定量分析、不同流速下的阻力特性分析等.将分析结果与相应试验结果进行了比较,结果表明:采用合理的结构简化、恰当的物理模型和数值求解算法,CFX程序能较好地模拟棒束定位格架通道内的单相水三维流场,其模拟结果与试验结果符合较好.     

搅混翼定位格架排布方式对5×5棒束通道热工水力特性影响的CFD研究

为探究棒束通道定位格架的最优排布方式,本文采用计算流体动力学（CFD）方法对包含3个格架部件的5×5棒束通道进行流场和温度场的数值仿真,研究格架轴向间距以及格架相对转角对通道阻力和传热特性的影响,并从对流传热的角度分析造成不同结果的原因。研究表明,在本文设计的计算工况下,改变格架轴向间距对棒束阻力和传热特性的影响较小;将中间格架在横截面内相对两端格架旋转90°放置能够有效降低横截面温度分布的不均匀性,减小横截面最高温度。     

棒束定位格架两相CFD模拟方法研究

考虑气泡合并分裂,采用MUSIG模型,对3×3格架内空气-水两相分布进行计算流体力学(CFD)数值模拟研究发现,计算对入口两相分布预计不敏感,但对气泡直径大小敏感;在定位格架下游不远处,空泡份额分布由较小直径气泡起主导作用,格架下游较远处,空泡份额分布由较大直径气泡起主导作用。考虑空气-水两相流量、几何条件和压力对气泡直径的影响,本文提出针对棒束定位格架的数值模拟气泡最大直径设置关系式,并对模型选取和模拟方法给出建议。计算表明空泡份额分布曲线形状与峰值均和实验符合较好,该模拟方法能合理预测复杂通道两相数值分布。     

激光诱导荧光技术对棒束通道内定位格架搅浑特性研究

基于激光诱导荧光（LIF）技术开展了5×5棒束通道内定位格架搅浑特性的可视化研究。常温常压下,通过示踪染色剂（RhB）浓度分布表征流体微团的搅浑行为,清晰展现染色剂溶液在定位格架作用下的搅浑扩散过程,获取格架下游流场的搅浑信息。采用自验证方法分析验证LIF技术测量的准确性,重构棒束通道内径向与轴向染色剂浓度分布,对比带定位格架与不带定位格架的实验结果,得到定位格架对其下游流场的影响范围及不同棒束子通道所受搅浑程度的差异,并以变异系数量化格架对流场搅浑性能的强弱。实验结果表明：定位格架能快速搅浑流动工质,其搅浑翼片分布形式的差异是造成不同子通道交叉搅浑强弱及各向异性的主要原因。本实验工况（Re＝10 478）下,格架对其下游流场的作用范围约为8倍当量直径(D_h),流动工质在格架下游5D_h附近所受搅浑最为剧烈。     

沸水堆定位格架两相流特性试验研究

通过减少模型构造中的经验主义，核工业中使用的最佳评估程序的性能将会有很大的改善。定位格架对反应堆燃料组件允许的最大临界热流密度有重要的影响。因此．使用恰当的定位格架模型能改进最佳评估程序临界热流密度的计算能力。定位格架对液体挟带行为的真实模拟需要对所涉及的不同的机理进行了解。由于与定位格架挟带行为有关的直观的信息不可能从运行中的反应堆中获得。因此，需要通过设计和试验来获得。在文献资料中，大多数有用的定位格架的试验都是为了获得定量数据来发展或修正传热、临界热流密度或压降的经验公式，很少有试验被设计来提供揭示定位格架的作用和涉及的两相流现象的基本信息。为获得流经沸水堆定位格架上游和下游的两相流行为的有关信息，进行了气一液试验研究。试验段的通道横截面、棒径，以及其它一些与典型沸水堆燃料组件定位格架有关的结构都是按原型尺寸设计和建造的。试验段模拟了沸水堆堆芯中两个相邻子通道中流体的流动行为，涉及两相邻通道的原型沸水堆定位格架部分采用工业低碳钢棒，其目的是为了更好的表征通道内部的结构。在试验中，维持其对称结构，由此，通道壁实际上就可看作流道的边界。通过棒底部的小孔注水在棒的表面形成液膜，保证底部定位格架上游的流动为环状流。调整流动工况使其为典型沸水堆的运行状况。试验图片显示，由于棒和格架间的接触点剥离了大部分棒表面的液膜．因此，定位格架上液膜的挟带被大大增强了。减少液相流量最终会导致干涸，干涸产生在定位格架正上游位置处。     

反应堆核燃料组件定位格架的两相流动压降计算

燃料组件定位格架的两相流动压降计算是反应堆热工水力计算的一个重要内容.本文从两相流动的机理分析入手,根据动量平衡关系推导出了定位格架的两相流压降计算关系式.并用实验数据进行了验证,实验数据与计算公式之间的偏差不超过±30%.     

5×5定位格架棒束通道内三维流场研究

采用混合网格技术、SST k-ω湍流模型、改进的速度-压力耦合算法SIMPLEC求解雷诺时均的连续性方程、动量方程,得到格架内各截而的速度场和压力场.计算结果表明:在定位格架的影响下,通道内产生了强烈的横向流动;横向速度呈抛物线分布,轴向速度分布在通道内趋于均匀;阻力系数随进口雷诺数的增大而减小.将速度分布和阻力系数分布的预测值与试验值进行了对比,两者吻合较好.     

棒束定位格架空泡份额分布特性实验研究

带定位格架棒束通道内的空泡份额分布特性是反应堆热工水力特性研究的重要内容。对AFA 2G3× 3定位格架组成的棒束通道在空气 水两相流动工况下用RBI光学探针测得了通道内的横向空泡份额分布 ,分析了其横向分布的一般规律。结果表明 ,定位格架结构 ,特别是交混叶片对定位格架附近区域两相流动和空泡份额分布特性有重要影响 ,从而为进一步研究棒束定位格架加热工况下两相流动特性 ,发展新型高热工水力性能燃料组件打下基础     

棒束定位格架空气-水两相分布数值模拟

用计算流体动力学程序CFX4．2对棒束定位格架通道内空气．水两相流体三维流动进行了数值模拟。在计算中，采用了考虑界面横向效应的两流体模型，用该模型计算模拟了通道的l/4区域和定位格架交混叶片．获得了流体区域的两相流速和相分布；并分析了定位格架交混叶片对流动和相分布的影响。结果表明．带定位格架棒束流道内空气-水两相流动数值模拟基本合理．该方法可用来初步分析复杂通道内的两相流动。     

7棒束紧密栅元流体流动传热数值研究

紧密栅元内的流体流动传热研究对高转化比反应堆燃料组件的优化有十分重要的意义。本文采用CFD方法对7棒束紧密栅元棒束通道内流体流动传热现象进行了数值模拟,并与7棒束紧密栅元内氟利昂流体传热的实验结果进行对比分析,详细分析了定位格架对棒束内流体传热流动的影响。结果表明：数值计算所得的非加热棒的壁面温度和实验吻合良好,定位格架的存在对其下游流体流动、棒束最高温度分布及交混系数有明显的影响,棒束某些位置因流动滞止导致温度大幅上升,在设计中应加以注意。     

7棒束超临界氟利昂流体流动传热数值分析

超临界水冷堆相对目前压水堆具设备简化、热效率高等显著优点,而相关实验研究公开资料受到研究成本和实验技术限制相当有限,数值分析在超临界流动传热方面的应用逐渐广泛却缺乏相应的实验数据验证。在7棒束内超临界氟利昂流体流动传热实验的基础上,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件STAR-CCM+、子通道软件COBRA-SC分别对三种典型工况的流动传热进行数值分析。对壁面温度的预测结果表明,流体温度低于拟临界点条件下,STARCCM+的计算结果低于实验值,温度误差在8%内;流体温度高于拟临界点条件下,STAR-CCM+的计算结果高于实验值,温度差值在16%内。改造后的COBRA-SC程序计算得到的典型通道流体温度与STAR-CCM+结果一致,且COBRA-SC的计算对壁面温度做出了十分接近于实验值的预测。研究表明,STAR-CCM+和COBRA-SC均能对棒束内超临界流体流动传热做出了较好的趋势预测,但对于流体温度跨越拟临界点温度条件下的模型需要进一步完善。     

带定位格架的12根束棒内水表面沸腾时的放热系数实验研究

通过实验,证明了12根束棒带波纹片定位格架区水表面沸腾放热系数比稳定段低。提出了12根束棒稳定段水表面沸腾平均放热系数关系式。