乏燃料贮存罐内的自然对流传热特性数值分析

利用三维流场计算程序PHOENICS 3 2研究了水平布置干式乏燃料贮存罐内的自然对流传热特性 ,将计算结果与文献的实验数据及计算结果进行了对比分析 ,符合较好。采用同样的布置方式及 2 0 0MW低温供热堆燃料组件的结构及余热功率参数 ,分别采用氮气及水作为工质进行了计算 ,以研究乏燃料贮存罐应用于低温供热堆的可能性。从计算结果中还发现水作为工质的换热效率比氮气高     

具有导热的竖环形封闭腔内自然对流数值研究

以中国实验快堆堆坑为计算原型,采用有限容积法对具有导热的竖环形封闭腔内自然对流进行了二维层流稳态数值研究。数值计算结果表明：在相同Ra条件下,平均Nu随曲率的增加而增加,随纵横比的增加而降低,但在低Ra区,平均Nu几乎不随纵横比变化;在低Ra区,竖环形封闭腔内换热方式主要是导热,当Ra大于某一临界值后,腔内对流换热的作用显著增强,并随Ra的增大逐渐占据主导。     

球床模块堆停堆后自然对流传热特性数值研究

对冷却流体在球床模块堆内燃料颗粒填充区域中的流动和传热过程进行了研究.数值模拟突然停堆后燃料颗粒区在温差作用下的自然对流过程,分析了瑞利数Ra对燃料填充区域内流场、温度场和局部努塞尔数Nu以及壁面摩擦阻力系数的影响.计算结果表明:当球床模块堆突然停堆时燃料填充区域可形成加热壁面流体上升流动、冷却壁面下降流动的自然循环流动;随着Ra数增大,回流中心向上移动;沿轴向壁面局部Nusselt数和摩擦阻力系数存在极值,并且极值点随Ra数增大而向上移动;与氮气相比,氦气作为冷却介质停堆后具有更均匀的堆芯轴向温度分布.     

自然对流条件下PRHEHX传热特性数值研究

采用计算流体动力学(CFD)方法对AP1000非能动余热排出热交换器(PRHEHX)进行数值模拟,研究其流动与传热特性。对C型传热管束区采用多孔介质模型处理,同时考虑传热管内一次侧流体到管外二次侧流体耦合换热。通过计算获得不同时刻安全壳内置换料水箱(IRWST)内的温度场和流场分布以及传热管内流体温度沿流动距离的变化特性等参数。     

转运通道中燃料组件自然对流传热特性试验研究

针对燃料组件滞留转运通道期间的自然循环传热过程开展了试验研究。获得了承载器顶角区域加热棒的试验数据,并拟合出传热经验关系式。计算结果与试验结果比较表明,该关系式能较好地计算顶角区域加热棒顶部局部努塞尔数Nu。并通过试验数据证实了在相同的燃料棒热流密度和承载器进口水温条件下,最靠近承载器顶角位置的1号棒的传热能力最差,壁温最高。     

壁面辐射对具有内置翅片的封闭腔内湍流自然对流传热特性影响

为研究有内置翅片的封闭腔内壁面发射率(ε)对腔内湍流自然对流传热特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型对流体为空气、高宽比为1的封闭腔内的温度场、流场、壁面传热能力进行数值分析。结果表明:内置翅片与壁面辐射的综合效应使得竖向热边界层和速度边界层厚度均增大,腔体顶部及底部区域水平速度产生了一定波动。考虑壁面辐射时,双翅片结构对热壁面局部传热能力的影响趋势与单翅片结构类似;ε为0.3、0.6、0.9时,单翅片对热壁面平均努塞尔数(Nu)分别提高39.95%、88.55%和144.97%,双翅片对热壁面平均Nu分别提高41.09%、87.32%和141.23%;ε过大对双翅片结构的封闭腔内对流散热反而不利。     

RELAP5大空间自然对流管束传热模型改进及验证

基于经验证的单相和两相大空间自然对流管束传热模型,对RELAP5进行了改进,使得程序具备了模拟单相和两相大空间自然对流管束传热的能力。采用改进后的系统程序RELAP5和改进前的系统程序RELAP5对试验模拟体进行了对比计算,并采用试验数据对改进后的程序进行了验证,结果表明,改进后的系统程序计算结果与试验数据吻合较好。      

方腔内液态金属钠自然对流换热特性数值分析

对方腔内液态金属钠层流自然对流换热过程进行了数值模拟,着重分析了不同热边界条件下瑞利数对方腔自然对流换热过程的影响,得到了腔体局部换热系数分布特点及规律。结果表明,当瑞利数较大时,如大于103,瑞利数对方腔内液态金属钠自然对流换热过程的影响非常显著。随着瑞利数逐渐减小,无论是腔体侧边换热系数,还是腔体底边换热系数,均与纯导热情况下计算结果间的偏差逐渐减小,表明腔内换热机理逐渐以导热过程为主。     

矩形封闭腔内底部弧形面加热自然对流换热实验研究

小型模块化反应堆的安全壳上封头被设计浸没在大量冷却剂中,在严重事故发生后,安全壳内的堆芯余热通过上封头外部的自然对流排出。为了研究安全壳上封头外部自然对流换热的二维特性,利用一个矩形封闭腔装置,在底部弧形面加热及常压条件下,开展了换热实验。同时利用粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了弧形加热面周围的流场形态。研究发现:平均努塞尔特数(Nu)随加热功率而增大,但增长速率呈降低趋势;沿着弧形加热面向上,局部换热强度先减小后增大,在弧形面40°附近达到最低值;PIV测量结果展示了加热面周围流场形态;主流区的流动速度分层现象明显,且在X=50 mm前后的分层趋势相反,其主要源于横向速度的差异;最大流速与加热功率无关,功率主要影响主流区域的流动速度和其横向速度分量。     

水平窄缝内多孔介质传热特性研究

对面朝下加热水平窄缝内多孔介质的传热特性进行了实验研究,得到了不同工况下的沸腾曲线.通过比较各工况下的沸腾曲线得出:多孔介质的存在大幅提高了面朝下加热水平窄缝内传热的换热系数,尤其是沸腾段的换热得到了很大程度的强化;提高窄缝宽度,选用热导率高的固体微粒制作多孔介质等可提高多孔介质的换热能力.根据多孔介质传热的机理,拟合出了面朝下加热水平窄缝内多孔介质的自然对流传热与核态沸腾传热关联式.     

有内热源的液池与管内流体的耦合传热

对均匀内热源溶液池内的自然对流及冷却盘管内强制对流的耦合传热过程进行了分析,建立了相应的三维物理数学模型,并采用有限容积法进行了数值求解.针对不同容积热源强度以及不同管内流速下溶池内自然对流与冷却管内流体的耦合传热过程进行了数值计算.计算得到的管内外流体对流换热系数以及溶液池与管内流体的总传热系数与理论值以及实验测试结果吻合较好,表明了本文所建立数学模型的正确性.研究结果揭示了溶液池内容积热源强度及管内流速对总传热系数有显著的影响.     

圆球及椭球颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热实验研究

采用"瞬态单吹反问题研究方法"实验测定圆球及椭球颗粒有序堆积多孔介质内的流动阻力系数及颗粒与流体之间的表面对流换热系数。详细研究不同颗粒形状及堆积方式下多孔介质内的对流换热规律,结果表明:通过合理选择颗粒形状和堆积方式,多孔介质内的综合换热效率显著提高,传统经验公式对颗粒有序堆积多孔介质内的对流换热不再适用。     

竖直和水平圆管换热器在内热源液池内的两相换热特性

针对溶液堆整体模拟试验模型的结构尺寸和运行工况,建立了内热源液池内自然对流和鼓泡驱动同时作用下竖直和水平圆管换热器的两相流动和换热模型,进行了相应的数值模拟计算.数值计算得到不同加热强度和鼓泡流量下的对流换热性能,与相应试验结果进行了比较分析.利用相似理论和量纲分析,推导了内热源液池内两相流动换热的无因次准则关系式,根据数值计算结果总结出换热Nu数的经验关系式.最后,分析比较了竖直和水平圆管换热器的两相对流换热特性,为溶液堆内换热器设计和布置提供理论参考.     

熔融池相变传热特性的大涡模拟数值研究

研究反应堆熔融池内部的流动与传热特性对保证熔融物堆内滞留具有重要意义。本文基于开源软件OpenFOAM平台,结合大涡模拟湍流方法和熔融池相变过程建立熔融池传热模型,针对典型熔融池传热实验LIVE工况开展数值计算,得到了熔融池内速度场和温度场以及下封头内壁面硬壳厚度和热流密度分布情况。结果表明,熔融池内速度、温度和热流密度随高度或径向角度的增大而增大;硬壳厚度随径向角度的增大而减小;下封头壁面上的热负荷在顶部聚集。传热参数计算结果与实验数据整体符合较好,可以有效反映出熔融池内自然对流与相变过程,验证了计算模型的可靠性,可为进一步研究熔融池相变传热特性提供参考。      

NHR—200堆芯旁通区三维流动传热数值分析

应用三维CFD软件PHOENICS－3．2,计算了200MW低温供热堆（NHR－200）堆芯旁通区及上腔室的流场和温场。分析了在堆芯与围板间的乏燃料存放区上端不同档板布置方案下的流场和温场,并考虑了旁通流量的影响。自然对流对流场和温场的影响不大,不会改变主流方向。在计算区域内,除主流外,还有由堆芯旁通区的下部流通面积突扩造成的一回流区及上腔室堆芯出口流通面积突扩和自然对流而形成的一大回流区。加挡板可阻挡上部大回流区对堆芯旁通区的影响,降低堆芯旁通区流体温度的变化。     

自然循环换热器壳侧传热及流动的数值模拟

为分析换热器的求解模型和内部结构的不同对传热和流动特性的影响,用等效自然循环换热器的模型进行多种变换。用Fluent软件对等效模型进行非稳态数值模拟,研究其传热和流动特性。通过比较分析不同模型的温度场和流场的变化,对该换热器的传热过程和自然对流情况有较深刻的认识。结果表明：自然循环换热器的传热管内外温差较大,且流动较复杂,选用湍流模型计算更为合理;传热管位置的不对称性,引起左右两侧传热和流动的不对称性,使得流体相互影响,增强了自然对流作用;传热管的形状由直管变为C型弯管,结构的复杂性在一定程度上增强了流体温度分布和流动的不规则性,使得湍流强度增加,致使换热效果得到改善。     

骨架发热多孔介质方腔内非达西自然对流的数值研究

本文利用局部非热平衡模型,对骨架发热多孔介质方腔内的非达西自然对流进行了数值研究.方腔上下壁面绝热、左右壁面维持恒温T0.采用Brinkman-Darcy-Forchheimer模型来描述多孔介质内的流动,当有效导热系数比(0.001≤γ≤1.0)和无量纲容积换热系数(1.0≤H≤1000)在较宽的范围内变化时,计算研究了不同的有效导热系数比和无量纲容积换热系数对方腔内流动换热的影响.数值模拟结果表明:在有效导热系数比γ=1.0和无量纲容积换热系数H=1000时,局部热平衡模型是成立的;而对其他情形,必须采用局部非热平衡模型才能准确地预测出方腔内的流动换热特性.     

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究,重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律：实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性：高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。