环形燃料元件内冷却剂流动换热特性的数值研究

相较于传统棒束燃料元件,内外双冷却通道的环形燃料元件具有堆芯功率密度高同时燃料温度低的优点,研究其热工水力特性具有重要意义。本文采用计算流体动力学(CFD)方法对内外冷却的环形燃料元件内外冷却流道的流动沸腾进行数值模拟,根据模拟结果对内外冷却流道的温度场、二次流速度及换热系数等参数进行分析。结果表明：最大二次流速度出现在燃料棒近壁面处;环形燃料元件外流道温度场分布呈现间隙处温度高,各子通道温度低的分布趋势;固体燃料棒表面温度在轴向同一位置处,沿周向以90°为周期变化;换热系数呈现规律性波动,单棒的不同周向角度换热系数存在较大差异,沿周向以90°为周期变化,周向角度为45°、135°、225°和315°位置处均出现温度极大值。本文结果可为环形燃料元件工程应用提供理论参考。     

环形通道内液态金属钠流动换热特性实验研究

对液态金属钠在环形通道内的单相流动换热特性进行了实验研究。结合实验数据,将液态金属钠单相流动分为层流区(Re≤2 000)、过渡区(2 000Re≤4 000)及湍流区(Re4 000),分别拟合得到不同流态下摩擦系数的计算关系式,并拟合得到液态金属钠环形通道内换热特性的相应关系式。结果表明:液态金属钠单相流动特性与常规流体(如水)类似,其层流区摩擦系数略大于水,湍流区与水的很接近。液态金属钠对流换热过程中,导热项占较大份额,同时Nu随Pe的增大而略有增大。     

环形狭缝通道中单相水对流换热的数值计算

采用k kL u v紊流模型 ,对环形狭缝通道中水的流动与换热的特性进行了数值计算 ,将计算结果同实验结果进行分析比较 ,两者得到了较相一致的结论     

环形通道内液态金属钠流动传热特性数值模拟

利用数值方法，使用商用软件ANSYS CFX，针对内径4~10 mm、外径7~20 mm的环形通道内不同边界条件下单相钠的流动和传热特性进行了研究，分析了流速、入口温度、内壁面热流密度和外壁面热流密度等对其流动传热的影响。结果表明，环形通道间隙对液态金属钠流动和传热影响较大，热流密度对其影响较小。将计算结果与文献中理论和实验结果进行了比较和分析，得出环形通道内液态金属钠的传热关系式。数值模拟结果与文献实验结果吻合较好，总体趋势符合良好。      

环形通道内液态铅铋合金流动换热特性实验研究

通过对环形通道内液态铅铋合金的流动换热特性进行实验研究,得到了气泡泵注气对液态金属流动的影响,并拟合出环形通道内液态铅铋合金的摩擦系数关系式和换热特性关系式。结果表明：采用气泡泵注气能有效提升铅铋合金的质量流速;相同Reynolds数下环形通道内液态铅铋合金的摩擦系数大于由布拉休斯公式计算得到的摩擦系数;液态铅铋合金对流换热过程中,导热项占主导地位,并且Nusselt数随Peclet数的增大而增大。     

环形狭缝通道内沸腾换热传热特性的实验研究

对环形狭缝间隙为 1 0mm ,低质量流量下 ,狭缝内流动沸腾换热的传热特性进行了实验研究。实验以去离子水为工质 ,实验压力范围为 :1 5 5～ 3 72MPa,质量流量的范围是 :9 5 3～ 1 9 65kg/h。实验研究结果表明 :1 以Jens lottes公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数明显增大 ,而以Chen公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数则有所减小 ,说明此时环形狭缝间隙内的流动沸腾换热很可能是泡核沸腾和两相强制对流共同起作用的结果。 2 在实验所做的参数范围之内 ,内管的传热系数比外管的高。     

梯形微通道内充分发展层流摩擦阻力特性的数值研究

基于Navier-Stokes方程,利用SIMPLER算法并辅以区域扩充法,对梯形微通道内水的充分发展层流摩擦阻力特性进行数值研究。选取25个不同纵横比的梯形尺寸进行计算,并将计算的摩擦常数与H.Y.Wu和P.Cheng的实验值进行了比较。结果表明：计算值与实验值符合较好;阻力系数随纵横比（Wb/Wt）的增大而增大。同时,计算表明,Navier-Stokes方程即使在水力当量直径小到25.9μm的微通道内依然适应。     

环形窄缝通道湍流流动换热特性分析

对双面加热环形窄缝通道内单相流动换热进行分析研究,提出了理论预测模型.基于该模型,对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0 mm的环形通道单相湍流流动换热系数进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,理论预测值与实验结果符合较好.研究表明:内外加热热流密度比对环形窄缝通道内的湍流流动换热过程有显著影响,在双面加热情况下,窄缝对流动换热过程强化与否,取决于内外管加热热流密度比及流动状态,即Re大小.     

带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热特性实验研究

开展带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热特性实验,获得不同热工参数条件下的实验数据。实验工况范围为:压力23~25 MPa;质量流速600~1000 kg/(m2·s);热流密度300~800 k W/m2;螺距160 mm。基于实验数据研究压力、质量流速、热流密度对传热特性的影响。与光滑方环形通道内的实验数据对比发现:在相同热工参数条件下,带肋片方环形通道内换热系数比光滑方环形通道高,螺旋肋片对超临界水条件下的传热有较大的改善作用。对实验数据进行多元线性回归得到带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热经验关系式。     

窄缝环形通道内流动阻力特性的实验研究

分别在换热和冷态条件下,对水平、竖直向上和竖直向下3个流动方向的窄缝环形通道进行了流动摩擦阻力实验研究.实验发现窄缝通道内流态转变点比普通流道有所提前.将实验结果与传统的阻力计算公式进行对比,分析了换热温差及流动方向对摩擦阻力的影响,对窄缝环形通道内阻力特性进行了探讨.     

核态沸腾存在时垂直管内环状流换热数值计算

建立了垂直管内流动沸腾换热与阻力特性的数值计算模型。该模型以环状流为研究对象,认为强制对流与核态沸腾两种换热方式同时存在。通过求解质量守恒、动量守恒、能量守恒方程,获得液膜厚度、速度与温度等参数。由汽泡脱离频率、脱离直径、汽化核心密度及抑制因子等参数计算核态沸腾换热。换热系数根据热流密度叠加原理确定。对一种有机工质在垂直管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测,计算值与实验结果符合良好。随着干度的增加,核态沸腾在总换热系数中的比例由约20％下降至1％。     

螺旋管核态沸腾两相流摩擦压降与传热数值分析

通过合理简化一体化模块式先进反应堆(SMART)螺旋管式蒸汽发生器,建立螺旋管单元管模型,采用两流体模型和非平衡过冷沸腾模型,在均匀热流密度下对螺旋管内流体进行不同参数下流动与传热数值模拟。结果表明：摩擦压降数值计算结果与陈学俊经验公式最为接近;曲率从0.04降至0.012时,摩擦压降明显下降,曲率继续下降,摩擦压降不变;加速压降几乎不受曲率影响;螺旋升角为3°～8.6°时,计算摩擦压降可不考虑螺旋升角的影响;雷诺数越大,总压降和摩擦压降均变大,摩擦压降梯度也明显增大。     

偏心圆环通道内超临界水传热特性数值模拟

采用CFX软件,对偏心圆环通道内超临界水传热特性进行了数值模拟。选取与实验数据吻合较好的SST模型,分别研究流道偏心和壁厚偏心对圆环通道内超临界水传热特性的影响。计算结果表明：流道偏心和壁厚偏心均会引起圆环通道内温度和速度周向分布不均匀,且偏心程度越严重,周向不均匀性越强烈;超临界水独特的物性变化也会影响偏心圆环通道内周向不均匀性,从而影响传热特性。