多孔介质内单相流阻力特性

研究了高雷诺数条件下多孔介质内单相流阻力特性.采用孔隙有效雷诺数(Re)修正了惯性项系数Rf的表达式,得到多孔介质中单相流阻力关系式,对影响多孔介质内单相流阻力特性的因素进行了分析.试验结果表明,惯性项系数Rf与渗透率K、孔隙率ε和Re有关.     

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。     

骨架发热多孔介质竖直通道内强制对流换热数值研究

采用局部非热平衡模型,在层流范围内对骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值研究.采用Forchheimer-Brinkman拓展Darcy模型描述多孔介质内的流动,详细研究了表观雷诺数Re(0.5≤Re≤50),有效导热系数比Γ(0.001≤Γ≤1.0)和Da(10-3≤Da≤10-5)变化对多孔介质流道内流动换热的影响.计算结果表明:Re、Γ和Da变化对流道内流动换热影响显著;当Re、Γ较小而Da较大时,多孔介质流道内局部非热平衡效应明显,必须采用局部非热平衡模型才能对流道内的对流换热特性进行合理准确的预测.     

多孔介质通道内单相流阻力特性数值研究

采用Brinkman-Darcy-Forchheimer模型对各向同性、饱和均匀多孔介质通道内单相流体的绝热流动阻力进行了数值模拟.结果表明:在多孔介质中,对于单相流体压降,现有模型可以较好地进行预测.其中损失系数Kloss对流动阻力影响很大;高雷诺数(Pe)下需考虑Re对Kloss的影响;随着无量纲直径D的增大,流动阻力减小.     

单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证

为研究计算流体力学（CFD）方法预测棒束通道内流场分布的准确性,基于网格敏感性分析所确定的网格方案,采用标准k-ε模型（SKE）、可实现k-ε模型（RKE）、标准k-ω模型（SKW）和剪切应力传输模型（SST模型）对单相棒束流动进行模拟,并将横向速度与轴向速度与试验结果进行量化比较。结果表明:4种湍流模型均能较好地预测棒束通道内的流场分布,其中SKE与RKE的在横向速度预测上相对偏差较小,为19.6%;对于近格架区域的横向流场分析,SKE模拟较优,反之RKE模拟较优;对于轴向速度的预测,SKE的相对偏差最小为4.9%;4种湍流模型均低估均方根（RMS）速度,但能够预测棒束通道内RMS速度的分布规律,近格架区域采用RKE,反之SST较优。本文的计算结果可为单相棒束流动CFD分析的最佳实践导则建立提供参考。      

三维颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热数值研究

采用N-S方程和RNGk-ε湍流模型及比例缩放的壁面函数法对三维圆球颗粒有序堆积多孔介质孔隙内的强制对流换热进行了数值研究。详细研究了Re数变化及不同颗粒堆积方式对多孔介质强制对流换热性能的影响。计算结果表明:在相同条件下,通过对颗粒进行合理有序堆积,可以使相应多孔介质内的压降显著降低,其综合换热效率明显提高;传统经验公式用于颗粒有序堆积多孔介质须进行合理修正;在不同堆积方式中,简单立方体均匀堆积(SC)模型的综合换热效率最高;在相同堆积方式下,均匀颗粒堆积多孔介质内的综合换热性能明显高于非均匀颗粒堆积多孔介质。     

复杂管段流动压降数值模拟研究

为研究复杂结构管段内引起局部压降的原因,以核电厂中带孔洞的套管为模拟对象,采用计算流体力学(CFD)方法分别对两种不同冷却剂流动方向下管段内的三维单相流动进行了数值模拟。使用混合网格和标准k-ε湍流模型,得到了该管段内的速度场和压力场。结果表明:管段的多孔管壁处,局部的速度流线较为紊乱,产生了涡流,压降较大;不同的流动方向在该管段中产生了不同的压降形式;管道局部流动截面相对于流动方向的改变方式和改变顺序,是产生不同局部压降的重要原因。     

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。     

摇摆条件对湍流流动特性的影响

利用Fluent软件对摇摆条件下矩形管内的湍流流体进行理论分析,分析了多种湍流模型和多个参数对流动特性的影响。在摇摆条件下,矩形管中心区域速度分布趋于均匀化,但壁面附近的速度梯度增大,从而使摩擦阻力系数增加。壁面会对摇摆条件对湍流流体的影响产生抑制作用。在纵摇条件下,小长宽比矩形管内速度等高线成哑铃状分布。对于本文的计算流体,摇摆条件下的湍流摩擦阻力系数与Re的0.47次方成反比。     

随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究

利用离散单元方法(DEM)建立通道内球体随机排列几何模型,对通道内单相流动进行数值模拟并进行验证。网格划分中的曲面接触区采用搭桥法处理不仅可生成高质量网格,而且使整体网格数量也明显减少。验证结果表明:计算得到的通道内径向孔隙率分布、平均孔隙率以及流动阻力与经典关系式吻合较好;计算模型能够很好地体现出边壁效应对流动阻力的影响。     

快堆蒸汽发生器小泄漏下三维流场数值模拟

为了计算快堆蒸汽发生器小泄漏后钠水反应产物的传输扩散,对快堆壳管式蒸汽发生器内稳态钠流场进行了三维数值模拟,建立了蒸汽发生器内钠流场三维数值模型。管束对钠流的影响用分布阻力、体积多孔率、面渗透率来模拟,并根据横掠管束与纵掠管束的压力阻力关系式来关联管束的分布阻力。采用κ－ε湍流模型,壳和支撑板壁面采和壁面函数法来处理。模型计算压降与实验数据比较,二者吻合较好。     

湍流模型对安全壳内氢气浓度场模拟的影响

利用计算流体力学程序FLUENT和GASFLOW研究了不同湍流模型下，氢气在安全壳内的传输与混合过程。计算结果表明：RNG k-ε模型能够得到较合理的结果，它能够较好的模拟氢气的质量扩散，动量扩散和湍流特征；FLUENT标准k-ε模型、标准k-ε模型和GASFLOW中k-ε模型能够在氢气浓度场分布上得到与RNGk-ε模型基本一致的结果，但由湍流导致的各种流动参数的波动不能在前三个模型中得到满意的模拟；GASFLOW中代数模型没能较好的模拟氢气的质量扩散和动量扩散，氢气的浓度场分布与其他模型的计算结果存在较大的差别。因此，选择合适的湍流模型，对于研究严重事故下安全壳内的氢气分布有重要的意义。     

基于核主泵性能预测的数值模拟精度研究

为提高核主泵在全工况点的数值模拟精度,研究了数值模拟过程中近壁面网格尺度、湍流模型、流动状态3种因素对计算精度的影响。结果表明,在定常状态下,重整化群（RNG） k-ε湍流模型和标准壁面函数法在近壁面网格尺度（y+）为50左右时具有较高的计算精度,并且其计算精度高于RNG k-ε增强壁面函数法、低雷诺数k-ε和剪切应力传输（SST）k-ω这3种湍流模型的计算精度,但上述不同网格尺度和湍流模型的计算结果均存在较大的计算误差;采用非定常计算时的计算精度明显高于定常计算,能够反映出扬程曲线在关死点附近的驼峰现象,效率的计算精度也有一定改善,更适合于对核主泵进行性能预测。      

SDB疏水催化剂载体的装填及对传质性能的影响

氢-水液相催化交换(LPCE)是处理大量含氚废水的有效途径,而疏水性载体苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(SDB)是LPCE的关键材料,对活性组分Pt起到承载作用。采用30mm×400mm玻璃柱模拟催化反应床,研究了SDB疏水性载体与填料的填装方式、气体流速、液体流速、温度以及分层装填高度等工艺条件对床层压力降和持液量的影响。结果表明:当不锈钢θ填料与SDB疏水性载体的体积比为4∶1时,无论采用混合装还是分层装,床层压力降均随气体流速、液体流速和温度的增加而升高,而动持液量随气体流速的增加而减小,随液体流速的增加而增大;混合装的压力降低于分层装,不同分层装对应的床层压力降大小为:四层装三层装一层装两层装。     

Benchmark Simulation of Turbulent Flow through a Staggered Tube Bundle to Support CFD as a Reactor Design Tool. Part I: SRANS CFD Simulation

Time-invariant and time-variant numerical simulations of flow through a staggered tube bundle array, idealizing the lower plenum (LP) subsystem configuration of a very high temperature reactor (VHTR), were performed. In Part I, the CFD prediction of fully periodic isothermal tube-bundle flow using steady Reynolds-averaged Navier-Stokes (SRANS) equations with common turbulence models was investigated at a Reynolds number (Re) of 1.8 × 10⁴, based on the tube diameter and inlet velocity. Three first-order turbulence models, standard k-ε turbulence, renormalized group (RNG) k-ε, and shear stress transport (SST) k-ω models, and a second-order turbulence model, Reynolds stress model (RSM), were considered. A comparison of CFD simulations and experiment results was made at five locations along (x, y) coordinates. The SRANS simulation showed that no universal model predicted the turbulent Reynolds stresses, and generally, the results were marginal to poor. This is because these models cannot accurately model the periodic, spatiotemporal nature of the complex wake flow structure.     

An assessment of k-ε turbulence models for gas distribution analysis

This paper presents the gas distribution analysis by injecting air fountain into the containment and simulations with the HYDRAGON code. Turbulence models of standard k-ε(SKE), re-normalization group k-ε(RNG) and a realizable k-ε(RLZ) are used to assess the effects on the gas distribution analysis during a severe accident in a nuclear power plant. By comparing with experimental data,the simulation results of the RNG and SKE turbulence models agree well with the experimental data on the prediction of dimensionless density distributions. The results illustrate that the turbulence model choice had a small effect on the simulation results, particularly the region near to the air fountain source.     

核反应堆冷却剂循环泵全流道三维数值模拟及性能预估

为实现核反应堆冷却剂循环泵（核主泵）的设计自主化及制造国产化,通过CFD数值模拟软件FLUENT,应用RNGk-ε湍流模型及SIMPLE算法对某核主泵进行全流道三维数值模拟,获得了在不同工况下的叶轮内部流动情况,分析了压力和速度分布规律,并进行了性能预估。结果表明,稳态工况下叶片的工作面与背面的压力分布与速度分布合理;泵段压力总体上由进口端至出水端呈递增趋势且在叶轮段出现最大值;在设计工况点得到了较为理想的泵效率与扬程值;随着流量的增加,核主泵的轴功率也逐步增加。模拟结果有助于认识核主泵在运转状态下的内部流场变化情况,为核主泵的国产化前期探索和理论研究提供支持。     

可逆流体换向装置内部流场的数值模拟

以N-S方程和RNGk-ε紊流模型为基础,针对压冲时的可逆流体换向装置,模拟考察了入流速度、面积比、出流结构形式、引流间隙长度对内部流场的影响,并以引流率为标准将模拟结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:根据计算流体力学(CFD)方法所得的模拟结果与试验结果之间的误差较小;面积比为1.5、出流结构采用扩散管形式、引流间隙为7 mm和10 mm时,引流效果较好。     

Research on operational characteristics of passive residual heat removal system under rolling motion

The operational characteristics of passive residual heat removal system under rolling motion were investigated experimentally. The passive residual heat removal system under rolling motion was simulated with the advanced RELAP5 code. The results are consistent with experiments. The relative discrepancy between calculating and experimental results is less than 10%. The modified condensation heat transfer model can also be used to calculate the condensation heat transfer coefficient with droplet carryover precisely. The fluctuation of condensate temperature and steam pressure is not noticeable. As the power becomes larger for the same rolling motion, the oscillation amplitude of condensate flow rate becomes larger. The effect of rolling motion upon heat transfer coefficient and flow resistance was investigated with experimental results. Rolling motion can increase the flow resistance in a great extent. The more serious the rolling is, the more the flow resistance is. Additional pressure drop does not effect on average flow velocity. The decreasing of average flow velocity is due to the decreasing average gravity pressure drop and the increasing of flow resistance. The contribution of gravity pressure drop on the decrement of average flow velocity is less than 20%. The other is due to the increasing flow resistance. In the present paper, the experimental results are listed first, and then the simulation results comparing with the experimental results are listed in the second part. At last, the effect of rolling motion is investigated theoretically.     

UO2核芯还原炉设计模拟研究

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对UO₂核芯颗粒制备过程中的焙烧还原炉设备,采用计算流体力学方法模拟考察了南非和国内正在使用的两种还原炉体设计及入流速度对内部流场的影响。从模拟结果中可发现,两种炉体设计均无法实现气流在轴向上的均匀分布,而是呈现出炉体顶部气量大、底部气量小的分布状态,这是导致颗粒还原不均匀的原因之一,且这种不均匀性随气速增加变化不大。在分析轴向压力变化影响径向气流分布的基础上对还原炉体进行了改进,提出了一种新型设计,模拟结果证实改进后的炉体设计能够实现径向气流在轴向上更为均匀的分布,因而可推定该新型炉体设计可使炉内不同轴向高度处的颗粒还原更加均匀。