CFD技术在国外燃料组件热工水力性能及格架研制中的应用

从反应堆堆芯中导出核裂变产生的热能是为了利用这些热能，也是安全的需要。反应堆热工水力研究的任务之一是研究改进和增强堆芯中燃料组件与冷却剂流体换热能力的方法，以提高燃料元件在安全的原则下的发热功率，或在一定的功率负荷下。使燃料元件有较大的安全裕度。     

优化技术在压水堆燃料组件定位格架开发中的应用

基于计算流体动力学(CFD)技术的优化方法,将CFD软件与三维结构设计软件和计算机辅助优化软件结合起来,对搅混翼结构设计进行了优化,以提高格架的热工水力性能.在5×5格架上对一组最佳结构参数结果进行了CFD计算验证.结果表明,采用这种优化技术进行格架优化设计是可行的.     

300MW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。     

先进燃料组件格架交混性能分析

压水堆燃料组件格架上交混叶片的大小和形状影响其交混能力和流动阻力.介绍了格架交混性能优化设计的过程和结果,并用三维计算流体力学(CFD)软件对设计的3种格架方案进行了三维流场分析和比较.结果表明,就最高流体温度和流体最大温差而言,方案3比方案1和方案2的交混性能略好;就典型通道平均温度而言,方案1和方案2比方案3的交混性能好.     

钠冷快堆燃料组件热工水力特性数值模拟与分析

利用CFD程序CFX,分别对7、19、37、61根棒组成的三角形排列螺旋绕丝定位的钠冷快堆燃料组件棒束通道进行了热工水力特性的分析研究,并将结果与子通道程序SuperEnergy进行了对比验证。重点考察了棒束通道轴向流动分布、横向流交混效应及子通道轴向温升,分析了定位绕丝的影响。结果表明,绕丝对棒束通道的横向流交混效应、轴向流动分布及子通道温升有着重要影响,且随棒束的增多,通道内的流动趋向复杂化,轴向流动不均匀性有升高趋势。     

快堆燃料组件水力特性计算

文章用理论计算和工程经验相结合的方法给出了我国自行设计的快堆燃料组件(参考设计)的水力特性。并与用国际上发表的多种关系式计算结果进行了比较,吻合较好。该计算结果对燃料组件的设计和热工计算有一定的参考价值。     

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.     

基于Fluent程序的AP1000堆芯组件热工水力计算与分析

本文利用计算流体力学程序Fluent对AP1000反应堆组件稳态运行时的内部温度场和速度场的分布情况进行模拟计算,研究格架对流动的影响及计算在不同模型下格架的阻力系数,并将Fluent与VIPRE-W的计算结果进行对比,以验证Fluent程序在计算堆芯组件时的准确性。     

定位格架防勾挂与热工性能协同设计研究

定位格架是燃料组件骨架结构的重要组成部分,其主要功能是夹持定位燃料棒,同时还应考虑防勾挂性能和热工性能。本文从主流燃料组件的运行经验反馈出发,利用三维建模软件UG模拟格架相对运动的方法,对产生勾挂的原因进行分析,明确了外条带导向翼采用连续排列能有效提高防勾挂性能,并通过定位格架勾挂试验进行了验证;通过对定位格架所在边栅元内的计算流体力学（CFD）模拟分析,发现基于传统防勾挂设计的导向翼连续排列形式不利于相邻格架之间的热工性能;在此基础上,设计了导向翼高矮交替排列的方案。理论分析和试验验证结果表明,该方案实现了燃料组件定位格架防勾挂与热工性能的协同设计。      

秦山核电厂压水堆燃料组件定位格架设计

秦山核电厂压水堆燃料组件定位格架是六点支撑15×15排列弹簧定位格架。文中列出了设计依据和要求,介绍了计算和试验的结果,并详细地从物理、热工、水力、机械几个方面评价定位格架的设计。     

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%.     

Application of Galerkin Method to Hydraulic Analysis for Turbulent Fluid Flow around LMFBR Fuel Rod

Wide range of parameter surveys are made on the DT fusion tokamak experimental reactor next to JT-60. Various physics and engineering requirements are taken into account, e.g. self-ignition, available maximum toroidal β value, α-particle confinement, total fusion power, neutron wall loading, heat flux to divertor plate, structural restriction on major radius, device size, maximum toroidal magnetic field, poloidal field power supply and so on. Theoretical scaling law for the available maximum toroidal β value determined by ballooning mode instability is used. The toroidal magnetic field on plasma axis can be expressed by the aspect ratio A for a given maximum field at the toroidal field coil conductor. Empirical scaling law for the electron energy confinement and neoclassical heat conductivity for the ion are employed. These confinement times can be expressed by the plasma minor radius a and A through the maximum available β value and the toroidal field on axis. In the similar way, most of the physics and engineering requirements can be mapped on the a-A diagram. This diagram enables us to make systematic and wide range of parameter surveys of the device. In particular, this offers a clear perspective on the device parameters, which can mitigate the engineering difficulties and can also realize the required plasma performances.     

网格和物理模型在计算流体动力学中的应用研究

三维数值分析方法特别是计算流体动力学(CFD)技术越来越普遍的应用于反应堆热工流体设计中,载热质通常都具有高温、高压、流场形状不规则等诸多特点,在考虑复杂流场中对流项与扩散项综合作用的同时,还需要考虑到温度、压力、相变对流动的影响。本文就应用于反应堆热工水力设计中特殊形状流道和狭窄通道的数值计算方法进行调研,对三维模型的建立方法、差分方法的选择、特殊流场的数学模型修正以及计算的高效性和多尺度耦合方案进行了概要的介绍。     

基于多物理场耦合的U3Si2燃料与双层SiC包壳组合的轻水堆燃料性能分析

基于COMSOL平台开发了一套基于多物理场全耦合的燃料性能分析程序,并通过径向功率分布模型对比验证了该程序的正确性与准确性;然后进一步分析了U₃Si₂燃料与双层SiC包壳组合、U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合在反应堆正常运行工况下的性能,并与UO₂燃料与锆合金的组合进行了对比分析。计算结果发现U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合相比UO₂燃料与锆合金的组合具有更低的燃料中心温度、裂变气体释放量及内压,但气隙闭合时间会提前;而U₃Si₂燃料与双层SiC包壳的组合相比U₃Si₂燃料与锆合金的组合具有更高的燃料中心温度、更大的裂变气体释放量及内压,且随着燃耗的增加,其燃料中心温度大幅增加,与锆合金包壳相比,双层SiC包壳能够有效延迟气隙闭合,缓解燃料与包壳的力学相互作用。      

Design and Analysis of the Poloidal Field Grid Power Supply System for the HT-7 Tokamak

This paper reports a new project - the poloidal field （PF） grid power supply system to replace the ac flywheel generator power supply system on the basis of the present running parameters of the HT-7 poloidal field and the short-circuit capacity of our transformer substation. The designed parameters of the PF grid power supply system have been verified to meet the requirements of the heating field （HF） and the vertical field （VF）. In the meantime, in order to reduce the disturbance to the local power grid, the device of reactive power and harmonic current compensation has been added. Experimental results have confirmed the feasibility of the PF grid power supply system. Compared with the ac flywheel generator, the PF grid power supply system has the advantages of lower noise, precise control, convenient maintenance, simple operation and cost savings.     

Flow Field and Thermal Analysis of the Divertor Target Plate for HL-2A Tokamak

In the initial phase of the physics experiment, the double-null divertor plates used consist of graphite armor tiles, Mo-alloy intermediate layers and Cu-alloy coolant tubes. In the later operating phase, tungsten will be used as armor tiles. A multi-physical field numerical analysis method is used in this paper. Its analysis model reflects more realistically the real divertor structure than other models. Two-dimensional （2D） and three-dimensional （3D） fluid flow field, temperature distribution and thermal stress analyses of the divertor plates are carried out by the ANSYS code. During the physics experimental phase with a heat flux of 1 MW/m2, a coolant velocity of 5.48 m/s, and a thermal stress of 750 kg/cm2, the graphite armor tiles successfully meet the requirements of temperature, thermal stress and sputtering erosion. The tungsten armor will be considered as a second candidate. The result of simulation can be used for upgrading the design parameters of the HL-2A poloidal divertor.     

小型模块式反应堆螺旋管蒸汽发生器设计和热工水力分析

近年来,国际上一体化小型模块式反应堆发展飞速,我国也正在加速研制一体化小型模块式反应堆。本文针对15 MW的一体化小型模块式反应堆,设计一种螺旋管式蒸汽发生器,共12个蒸汽发生器组件均匀分布在反应堆堆芯围板外侧和压力容器内侧壁的环形空间中,每个组件含5层、25根螺旋管,整个蒸汽发生器共300根螺旋管。给出了蒸汽发生器的具体参数,分析了蒸汽发生器组件中换热系数、温度、温差和热流密度等沿管长的变化,并给出了螺旋管内流体的动力特性曲线。