紧密栅元棒束通道内的传热流动数值模拟

对紧密栅元棒束中心通道和壁面通道内空气的传热流动行为进行了数值研究;结合实验数据对壁面温度、剪应力、流体温度和速度以及湍动能等参数进行了分析.结果表明:随着节径比(PID)的减小,紧密栅元棒束通道内参数的不均匀性会增加,在通道的间隙区会出现壁面温度的峰值.在紧密栅元组件的设计中应该考虑这种间隙区的高温点分布;通道壁面的...     

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.     

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。     

棒束子通道湍流交混特性的数值模拟研究

为了提高核反应堆系统的经济性和安全性,本文采用CFD方法对棒束子通道间湍流交混效应进行研究。对子通道建模,选取SST k-ω模型进行计算,完成了网格敏感性分析。采用类比浓度计算法与间隙湍流热流法对湍流交混系数进行计算。计算结果表明：雷诺数较小时,单相湍流交混系数随雷诺数的增大而增大;当雷诺数达到一定值时,单相湍流交混系数近似为定值;采用类比浓度计算法与间隙湍流热流法计算所得的湍流交混系数无太大差别。本文拟合得到了适用于单相工况的湍流交混系数计算公式。     

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.     

紧密排列螺旋绕肋燃料组件典型栅元研究

选取在通道形状、热工水力特性等方面接近原型组件的典型栅元,是反应堆的研究设计中重要的一环。通过适用于紧密排列螺旋绕肋组件的数值模拟方法,分析棒束规模对热工水力特性的影响。数值计算结果表明:与原型组件217棒束相比,19棒束组件的"冷壁效应"、"边壁效应"已经较弱,当量直径、阻力压降、中心通道无量纲质量流速、热通道的传热系数等关键参数的偏差小于13%,确定反映原型组件热工水力特性的典型栅元为19棒束组件。     

带周期性分布纵向涡发生器的矩形狭窄通道内传热流动的数值模拟

在换热表面上周期性地安装粗糙元,可以使流动区域产生漩涡从而增强换热.本文采用数值分析的方法,以水作为工作介质,以带有纵向涡发生器狭窄矩形通道为研究对象,研究不同排列方式纵向涡发生器的传热性能,分析不同的纵向涡发生器入射角度β、不同流向、不同纵向涡间距对换热和流动特性的影响.结果表明,纵向涡发生器能够强化换热,当入射角度β=50°时,换热效果最佳.     

堵塞条件下紧密栅湍流交混特性研究

开展堵塞工况下紧密栅内流体子通道间隙湍流交混研究,对事故工况下燃料组件热工水力行为的预测具有重要意义。本文采用CFD方法对紧密栅内堵塞工况的流体流动现象进行了模拟,模拟结果与相关文献结果吻合较好。进一步对比分析了不同堵塞工况下,堵塞段及堵塞下游的速度场、涡结构以及湍流交混系数分布。所得不同堵塞工况下的横向与轴向湍流交混系数变化规律,可为子通道分析程序的参数设置提供参考。     

堵流工况下棒束子通道流场实验与模拟研究

为探究堵流状态下的棒束子通道流场和流量分布特征,本文使用激光粒子测速(PIV)方法对5×5棒束子通道在堵流情况下的流场和子通道流量进行了实验测量,同时使用数值模拟方法进行模拟分析,得到子通道最大堵流比例72%情况下的子通道下游流场以及子通道流量分布数据,结果表明：子通道堵塞会导致对应子通道流速和流量出现明显降低,非堵塞通道的明显加强。对于实验测试的最大72%堵流比例,堵塞物对下游约0.5D范围影响最大,其子通道流速仅有平均流速的约30%,中心堵流子通道流量仅为平均流量的25%左右。使用浸入界面方法模拟了堵流工况,结果表明：该方法能快速有效地模拟子通道堵流情况,堵塞物带来的局部回流是导致堵流件下游0.5D范围内流速过低的主要原因。     

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。     

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。     

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。     

摇摆条件对稠密栅元内流动的影响

利用非稳态雷诺平均模拟(URANS)对摇摆条件下稠密栅元内的流体波动和大尺度相干结构进行理论分析,计算结果与实验值非常接近.摇摆运动会对流体波动和相干结构产生影响,摇摆条件下的流体波动周期比稳态条件下的流体波动周期略大10％.摇摆条件下流体的相干速度与稳态条件下的相干速度之间有一定的差异.最小相干主流速度位于流道中央,...     

细棒稠密栅格参数优化设计

细棒稠密栅格相对于常规栅格具有一定优越性,燃料棒束按正三角形栅格紧密排列,能提高堆芯燃料所占体积份额,使堆芯具有较高的功率密度。在分析堆芯性能与栅格参数关系的基础上,以ABV-6M反应堆为例,提出堆芯功率密度和冷却剂流速两个目标函数。利用遗传算法对燃料元件的棒径、棒间距进行了多目标优化计算,将优化结果与文献中堆芯参数对比。对比结果表明,细棒稠密栅格对提高堆芯功率密度、改善堆芯性能是有效的。     

稠密栅堆芯大破口失水事故特性分析

稠密栅堆芯的应用涉及到的关键性问题之一是在破口事故下的应急冷却。应用改进程序RELAP5/TIGHT计算和分析两组不同设计方案下的稠密栅堆芯在破口事故下的特性,结果表明:稠密栅堆芯相比普通堆芯,破口事故持续时间更长;再淹没阶段的包壳峰值温度相比喷放阶段的包壳峰值温度更高;堆芯燃料棒中心距与燃料棒外径比值(p/d)对于包壳峰值温度的影响很大;堆芯功率密度的提高会使得对安注流量的需求大大增强。从安全分析的角度来看,不推荐堆芯p/d设计小于1.10。