计算流体动力学在燃料组件热工水力性能分析和格架研制中的应用

国外使用商用计算流体动力学(CFD)软件分析燃料组件中流体的三维流场和温度场,并将验证的方法用于燃料组件格架设计,获得了成功。中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环重点实验室用CFX程序对带格架棒束内流场进行了计算,解决了小尺寸复杂结构几何体的模拟,边界条件的选取和CFX计算能力的评价,然后完成了单相,空气一水两相流场和流动特性的计算分析及试验对比验证。已完成的研究表明,尽管CFX程序目前在计算两相流动和传热方面还存在不足,但通过比较单相流场的湍流,旋涡和棒束附近流体温度分布基本可以评价格架对流体的交混性能;格架上的弹簧和刚突对于流动有相当的作用,对其进行模拟是必要的。研究还建议在使用CFD方法进行燃料组件格架热工水力分析前要先进行基准练习以保证分析结果的正确性。     

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.     

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。     

燃料组件格架几何建模及网格划分技术

为采用计算流体力学(CFD)方法对燃料组件格架的搅混性能进行研究,对燃料组件格架几何建模及网格划分进行了系统的研究。比较不同几何模型得到的计算结果,确定了将搅混格架简化为无刚凸、无弹簧、只有条带和搅混翼结构的模型;出、入口段的模拟长度分别为250mm和230mm;模拟格架的数量为一道。研究网格对计算结果的影响,确定了分段网格划分方式和网格数量:入口段和出口段采用结构化网格,格架段采用非结构化网格。整个研究对象总节点数为1032258,总栅元数为2601614,其中格架段网格数占75.8%。     

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.     

环形燃料热工水力性能分析程序开发及验证

本工作开发了环形燃料子通道分析程序SAAF。采用SAAF计算了西屋公司四环路压水堆所用环形燃料组件的热工水力性能,并与VIPRE-01的计算结果进行比较。结果表明,SAAF与VIPRE-01的计算结果符合较好,SAAF可用于环形燃料热工水力设计分析。     

板状燃料组件流量分配CFD研究与优化

板状燃料组件被广泛应用于研究堆中,组件内的流量分配是设计时需要考虑的一项重要内容。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法是研究流量分配的重要手段,但有限的计算资源限制了其在板状燃料组件流量分配研究中的推广。针对板状燃料组件冷却剂流道狭长、封闭的特点,提出了部分建模迭代求解的计算方式,将无流量分配组件与有流量分配组件两种工况下各流道流量的计算值与直接完整建模的结果进行了对比,最大误差分别为0.56%与0.81%。鉴于前者对计算资源的需求远小于后者,部分建模迭代求解可以作为板状燃料组件流量分配CFD研究的合理可信的优化方案。     

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.     

田湾核电站TVS-2M先导组件堆芯热工水力分析

田湾核电站一号机组于第5燃料循环装入6组TVS-2M先导燃料组件,并将经历从第5燃料循环到第8燃料循环4年的堆内运行。本文通过对先导燃料组件堆芯热工水力分析,堆芯运行实际试验测量以及组件变形检查,验证了热工水力设计程序计算模型的合理性以及计算结果与试验结果的符合性。结果表明,TVS-2M燃料组件与AFA燃料组件具有良好的相容性,从而证实了过渡循环条件下反应堆运行的安全性和可靠性。     

基于CFD方法的核级轴流泵水力性能研究

以核级轴流泵为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)方法对其内部流场进行数值模拟,应用k-ε模型对三维流场进行计算。采用以扭矩计算轴功率、以扬程和流量计算有效功率等方法,得到该泵水力性能的分析结果。将扬程、轴功率、效率的计算结果和试验结果进行比较,最大偏差分别为6.3%、4.9%、2.2%,最小偏差分别为3.4%、1.4%、1.0%,两者吻合良好。计算结果表明所使用的计算方法在对核级泵性能分析方面的应用是可行的,可以应用于核级泵的设计及优化。     

CFD方法在超临界水冷堆热工水力研究中的应用现状

计算流体力学(CFD)数值方法已成为超临界水冷堆热工水力特性分析的重要工具。目前,超临界条件下的CFD数值方法一般直接采用亚临界单相湍流模型,其局限性在于现有的湍流模型难以准确模拟重力和热膨胀加速度效应,在热流密度特别大的情况下,CFD数值方法适用性较差。本文综合介绍了中核核反应堆热工水力重点实验室(RETH)所开展的超临界水冷堆热工水力特性CFD分析。     

高通量工程试验堆燃料元件热工水力特性计算

从基本的质量、动量、能量守恒方程出发,建立了合理的高通量工程试验堆多层套管元件的热工水力特性分析计算模型,并运用在此模型基础上开发的计算程序对高通量工程试验堆燃料元件的运行工况进行了分析计算,计算结果与理论分析以及高通量工程试验堆实际运行结果相符.     

基于环形燃料的低温供热堆热工水力特性数值模拟研究

为建立低温供热堆热工水力系统的计算流体力学(CFD)仿真模型,针对供热堆堆芯燃料组件结构复杂的特点,采用多孔介质模型对堆芯环形燃料组件进行简化建模,多孔介质的孔隙率、渗透率以及惯性阻力系数通过对1组环形燃料组件精细化CFD模拟结果,采用多孔模型进行拟合得到。典型运行工况的计算结果表明：针对复杂几何采用多孔介质模型简化能大幅提高计算的经济性,多孔介质模型能正确反映参数整体分布趋势,堆芯入口最大流量分配不均匀系数为1.07。本文研究结果对基于环形燃料组件的低温供热堆中热工水力安全设计具有参考价值。     

高性能燃料元件堆内试验组件焊接技术

高性能燃料元件研究项目组设计的堆内试验组件的焊接部件主要包括:1mm厚的不锈钢燃料包壳管和压力包壳管（合称为双包壳管）、端塞及压力传感器等。焊接设计要求达到以下标准:熔深1mm;焊缝变形量小于0.1mm的双包壳管间隙;焊缝氦漏率小于10-5Pa·m3/s:需要通过按1级焊缝标准要求的X光无损检测。根据任务要求,我们将高性能燃料元件堆内试验组件的焊接分为元件本身结构的焊接和堆内试验测试系统与元件结构的焊接两个部分。 元件本身构件的焊接主要是指元件的双包壳薄壁管与端塞的焊接和端塞的充压堵孔焊。这部     

小型反应堆环形燃料组件设计及应用研究

小型反应堆通常具有模块化、建造周期短以及部署灵活的特点,可作为清洁的分布式能源,在供电的同时还能够实现海水淡化、区域供暖、工业供热等多种用途。环形燃料具有内外双层包壳,其双面冷却的结构形式可以显著改善燃料传热条件,有助于减小堆芯体积、提升反应堆的安全性和经济性。环形燃料应用于小堆可以充分发挥其优势,符合我国核能发展战略。本文通过一系列的比对分析确定了适用于小堆的环形燃料组件设计方案,并根据力学性能分析结果初步实现了组件结构设计;通过对两种不同类型的小型反应堆堆芯的物理、热工、安全等分析,论证了环形燃料应用于小堆的可行性。研究结果表明,环形燃料在小型反应堆中具有良好的应用前景。     

三菱高热工性能格架的发展2—开发和DNB试验结果的综述

在PWR（压水堆）燃料组件热工性能方面，定位格架有着重要的发展。具有高热工性能的定位格架给堆芯提供更大的偏离泡核沸腾（DNB）裕度。三菱（Mitsubishi) 已开发出一种具有高热工性能的原型锆合金格架。本文介绍了开发的过程和DNB试验结果。     

基于CFD方法的铅铋冷却燃料棒束的热工水力特性分析

铅铋冷却快堆作为第4代反应堆候选之一具有安全性高等特点,研究其在正常工况下的热工水力特性具有重要意义。本文基于商用计算流体力学（CFD）软件STAR-CCM+,使用流固耦合的方法对带有绕丝结构的19棒束铅铋组件进行数值分析,探究了质量流量、功率等边界条件对组件内部流动传热特性的影响。模拟计算结果表明：CFD方法在子通道中心温度和壁面温度预测上与实验结果取得了较好的一致。同时,绕丝结构的存在使得子通道之间存在周期性的横向交混,并使得棒束表面温度呈现震荡。随质量流量的增加,子通道间横向交混增大。功率变化对通道间的横向交混速度的影响较小,冷却剂温度的横向分布无明显差异。