摇摆条件下子通道内湍流流体的数值分析

利用FLUENT软件分析了摇摆条件对典型四棒束间的湍流流体流动和传热特性的影响机理。摇摆运动会对棒束间流体的流动传热特性产生一定影响。RSM模型可以很好地描述摇摆条件下子通道内的参数分布。摇摆周期变化带来的径向附加力的变化不会对摩擦阻力系数、传热系数和Reynolds应力产生影响。在摇摆条件下,摩擦阻力系数、传热系数和Reynolds应力呈周期性变化,但最大摩擦阻力系数所在时刻并不固定,而最大传热系数却始终是在流速最大的时刻。     

不同棒束结构稠密栅元通道内的湍流CFD研究

采用URANS（UnsteadyReynoldsAveragedNavierStokes）方法对不同棒束结构稠密栅元通道（P/D=1.001～1.2）内的湍流流动进行CFD模拟。研究分析了不同Re（Re=5000~215000）的湍流流动的主流速度、壁面剪应力、湍动能等参数。研究表明：在较稠密的棒束（P/D<1.1）通道内,P/D的变化对子通道内主流速度和剪应力分布均有较大影响。本文的模拟结果也验证了在达到临界P/D前（即使δ/D<0.011）,交混因子Y和δ/D成反比关系。对于固定的棒束结构（P/D=1.062）,当Re达到一定值（Re=9600）时,子通道内主流速度和剪应力分布对Re的变化不敏感。     

稠密栅元内湍流流体的数值模拟

采用CFD软件Fluent对37棒束内的湍流流体进行了分析。利用实验数据对计算结果进行了验证,分析了棒 棒间隙的减小对稠密栅元内局部流动、传热和相干结构的影响。稠密栅元的临界P/D（棒间距/棒直径）约为1.03。随着P/D减小,相干结构和流体交混先增加然后迅速衰减。当通道间隙非常小时,相干结构运动非常弱以至于可将其忽略。其流速、壁面剪应力和壁面温度的波动也非常小,但其参数的空间分布的差异非常明显。     

环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析，提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型，对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算，并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好，且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响，随着间隙的减小，摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小，其影响随Re的减小而降低。     

通道尺寸对稠密栅元内湍流流体的影响

利用CFD软件FLUENT对37棒束内的湍流流体进行分析,利用实验数据对计算结果进行验证,然后分析棒-棒间隙的减小对稠密栅元内流动交混和相干结构的影响.随着P/D的减小,大尺度相干结构运动越来越显著,由此带来的横向动量和能量交换也越来越明显.栅元的临界P/D约为1.03,此时栅元的换热条件基本上处于最佳状态.当P/D=...     

稠密栅元不同子通道内湍流流动的RANS和URANS模拟

本工作采用RANS和非稳态雷诺平均纳维斯托克斯模拟（URANS）方法对稠密栅元内典型子通道——中心通道和壁面通道内的湍流流动进行CFD模拟。研究分析了稠密栅元子通道内的不同周向角度的主流速度、壁面剪应力、湍动能等参数。将模拟计算结果和实验测量结果进行对比,结果表明：RANS模拟在采用各向异性的湍流模型的情况下能较好地模拟P/D较大的稠密栅元通道,但对于P/D较小（P/D<1.1）的稠密栅元通道,CFD结果和实验数据存在较大差距。相比之下,URANS方法可模拟紧密栅元子通道间隙区的大尺度、准周期的流动振动,从而和实验数据拟合良好。推荐采用雷诺应力湍流模型(SSG,ORS)进行RANS模拟,而采用SAS湍流模型进行URANS模拟。     

新型栅元湍流流动及涡结构数值模拟

本文利用非稳态雷诺平均模拟(URANS)对非均匀壁厚新型栅元中的准周期性大尺度涡结构和湍流流动特性进行了模拟和分析。结果表明:新型栅元的对流换热能力优于传统栅元的;增加周向角可强化涡结构强度;随周向角的增大,新型栅元摩擦阻力系数呈现先减小、后趋于恒定的变化趋势,而传热系数则会在达到极小值后略有上升。     

稠密栅元棒束内流动行为的CFD数值模拟

国内针对稠密栅元组件内流体的流动和传热特征展了大量的实验研究,但目前仍缺乏对稠密栅元通道内冷却剂流动特性的全面认识.本文对矩形和三角形稠密栅元通道内的空气湍流流动进行了数值研究.结合实验数据,系统地验证了涡粘性和雷诺应力两类湍流模型模拟稠密栅元内流动特征的适用范围.结果表明:SSG雷诺应力模型对流动有较好的模拟,但在棒壁窄缝处的计算结果与实验数据存在较大的差距;在y+<20时,SSG模型对近壁面区域网格的疏密不敏感;在y+较小时,二阶ω模型出现数值震荡.     

低流速时波浪管内流动与传热特性数值分析

利用Fluent软件,对低流速(0.0033 m/s≤u≤0.05 m/s)情况下3种不同结构(曲率半径为32 mm,弯曲角度分别为45°、60°和75°)的波浪管内流动和传热特性进行数值研究.研究表明,弯曲角度对波浪管的流动和传热特性具有很大影响；在相同雷诺数(Re)时,波浪管的努塞尔数(Nu)和摩擦阻力系数(f)均...     

方形子通道内超临界流体流动传热CFD分析

国际上对超临界水冷堆进行了大量的研究,但对其堆芯内超临界流体流动传热特征的认识还十分欠缺.本研究采用CFX软件对典型超临界反应堆燃料组件子通道内的超临界热工水力特征进行了数值分析.研究了流动参数、边界条件和节径比(P/D)对子通道间交混现象和传热特性的影响.计算结果表明:燃料组件外围壁面子通道比内部子通道的湍流交混强烈;稠密栅格的湍流交混比宽栅格的湍流交混小.当P/D>1.2后,P/D比对湍流交混影响不再明显.研究还发现,在拟临界点附近区域,出现湍流交混系数的突变.     

波浪管内流场与传热及阻力特性数值模拟

参照波浪管单管换热的实验数据,选用Fluent软件中的不同湍流模型和壁面处理方法,对波浪管换热器的换热系数和压降进行计算,通过比较计算结果,确定可用于波浪管内流动传热特性模拟的计算方法。在此基础上,进一步分析流体在波浪管内部的流场结构和传热特性。分析结果表明：RNG k-ε模型配合增强壁面处理方法得到的计算结果与实验值最为接近;与直管相比,波浪管的换热系数和阻力系数的增加幅度在低Re下较大,而在高Re下较小,其中换热系数和阻力系数增加幅度最大的位置均出现在各弧段交接处,即曲率反向的位置。计算结果可为强化传热管设计及其优化提供支撑。     

方形组件紧密栅格内非稳态流动行为的研究

棒束子通道间冷却剂的交混作用能显著降低棒束周向壁面的温差,为进一步了解紧密栅棒束内特殊的流场结构,以水为工质,对P/D=1.1的双排六棒束方形通道内的流动进行了试验研究与数值模拟。采用流场示踪方法,在Re =2 000～40 000范围内拍摄了紧密栅内棒壁间瞬态流动可视化信息,捕捉到大尺度类周期性脉动结构,并获得了该脉动流的相关特征参数。结果表明：当Re≥5 000时,大尺度脉动流发生,并在实验工况内呈很强的周期性,脉动流的波长与Re无关,脉动主频率与Re成正比;采用SSG湍流模型对相同截面通道内的流动进行了非稳态计算,模拟出棒壁狭缝处的大尺度类周期性脉动行为,计算所得脉动流各项参数与试验值符合良好。     

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。     

三角形排列的紧密栅元棒束内流动行为的数值模拟

对三角形排列紧密栅元通道内的空气湍流流动进行了数值研究,系统考察了涡粘性和雷诺应力两类湍流模型模拟紧密栅元通道内流动特征的适用性.结果表明:SSG雷诺应力模型对流动有较好的模拟,这说明湍流各项异性的模拟在紧密栅元中十分重要;不同雷诺数和几何结构下的模拟显示,二次流的大小和雷诺数的相关性不大.但随着棒间距和棒径比(P/D)的增大,二次流减小.     

自然循环与强迫循环条件下阻力及换热特性对比

为研究自然循环和强迫循环条件下流动及换热特性的区别,以单面加热窄矩形通道为研究对象,在压力0.2 MPa、实验段入口欠热度30~60℃的条件下,分别进行了强迫循环和自然循环条件下流动及换热实验。等热流密度条件下的阻力实验研究表明:在层流区,强迫循环和自然循环条件下的阻力特性几乎相同;在湍流区,修正后的Blasius关系式能同时适用于强迫循环和自然循环条件下的阻力预测;通过对比发现,强迫循环和自然循环条件下的转捩点雷诺数以及过渡态雷诺数区间几乎相同。换热实验研究表明:在湍流区,适用于强迫循环条件下的Gneilinski关系式能对自然循环换热能力较好预测;通过分析发现,在本实验研究范围内,自然循环与强迫循环条件下换热能力无明显区别。     

矩形窄缝通道内水稳态和瞬态流动换热特性实验

以去离子水为工质,在压力0.5～5.0 MPa的范围内,对矩形窄缝通道内水稳态及瞬态流动换热特性进行了实验研究。结果表明:矩形窄缝通道在水平和竖直放置以及稳态和瞬态条件下,水的流动换热特性呈现出基本相同的规律。层流向紊流过渡区域的雷诺数(Re)为900Re1300,比常规通道提前,单相摩擦阻力系数比常规通道大;采用Dittus-Boelter公式的形式拟合得到了新的换热实验关联式,其系数较Dittus-Boelter公式的系数约小11.3%。在稳态条件下,紊流区换热系数随质量流速的增加而增大,增大趋势比较明显;换热系数随热流密度的变化不明显;压力对单相强迫对流换热特性基本没有影响。     

The modeling and validation of the flow and heat transfer models of pulsating flow in channels in rolling motion

The flow and heat transfer models of laminar flow and turbulent flow in rolling motion are established theoretically and modified with CFD results and experimental data. The correlations of frictional resistance coefficient and Nusselt number in pipes in rolling motion are obtained. The effect of rolling motion on the flow and heat transfer is mainly affected by the Reynolds number, angular acceleration and channel diameter. As the channel diameter is small, the effect of rolling motion on the flow and heat transfer is weak. The modified correlations of frictional resistance coefficient and Nusselt number in rolling motion could predict the flow and heat transfer in pipes in rolling motion correctly. The average discrepancy between theoretical correlations and experimental data is about 15%.