不同流道间隙下矩形通道临界热流密度的实验研究

在氟利昂工质条件下,进行1~3 mm间隙的矩形通道临界热流密度(CHF)的实验研究。研究发现,在1~3 mm间隙的矩形通道内,随着压力的升高,CHF稍有下降;质量流速对CHF的影响呈非单调关系,在低含汽率区随着质量流速的增大,CHF增大;在高含汽率区,随着质量流速的增大,CHF减小;临界含汽量的增加导致CHF明显降低。综合分析表明,在本实验工况参数范围内,流道间隙范围为1~3 mm的矩形通道在相同的工况参数条件下,其CHF基本不受流道间隙的影响。     

稠密栅元内湍流流体的数值模拟

采用CFD软件Fluent对37棒束内的湍流流体进行了分析。利用实验数据对计算结果进行了验证,分析了棒 棒间隙的减小对稠密栅元内局部流动、传热和相干结构的影响。稠密栅元的临界P/D（棒间距/棒直径）约为1.03。随着P/D减小,相干结构和流体交混先增加然后迅速衰减。当通道间隙非常小时,相干结构运动非常弱以至于可将其忽略。其流速、壁面剪应力和壁面温度的波动也非常小,但其参数的空间分布的差异非常明显。     

水分配围堰的水膜流动特性数值模拟

设置一定数量的水分配围堰V型出水口可保证安全壳外壁的水膜覆盖率,有助于事故后壳内热量排出。本文探讨了一种适用于水膜流动特性的CFD分析方法,该方法经理论及试验验证,具有较高的精度。研究得到:随着单V型出水口入口流量增大,水膜稳定宽度线性增长,平均水膜厚度变化不大;V型出水口角度对水膜稳定宽度及水膜厚度不敏感;工程上可合理选择出水口的数量以使系统最优化。     

传热管流体诱导振动特性的数值研究

本文利用有限体积法离散非稳态湍流黏性、不可压缩的N-S方程及LES湍流模型,用有限元方法离散传热管结构,结合动网格控制技术,实现了流体 结构两个物理场之间的交互作用。基于数值模型,通过响应分支、相位角、Lissajou图、运动轨迹、相图以及Poincare截面映射,分析了传热管在不同响应阶段的运动行为和响应特性,以及升力系数与横向位移的极限环与分叉等非线性特性。研究结果表明：传热管的流体诱导振动系统存在一个拟上端分支;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉。     

斜向三通管内射流混合特性的三维数值模拟

针对反应堆安全注射过程中的热冲击问题,应用基于有限差分的有限容积法和k-ε紊流模型,分别对支管倾角为30°60°、90°、120°和150°的倾斜三通管内的流动和换热进行三维数值模拟研究,得到了三通管内的流动结构、压力分布与温度分布.分析了三通管几何结构、流动条件和流体温度变化对三通管内的流动结构、温度分布及热应力的影响.结果表明,主流与支管射流的温度差、支管倾角对三通管内的热应力的影响较大,在三通管的迎流侧热应力表现更为明显.     

90°弯头内流体压力脉动特性的大涡数值模拟

以90°弯头在高温气冷堆内的特殊应用为背景,运用大涡模拟方法对90°弯头内的复杂流场进行了数值模拟,并将时均化处理后的结果与实验结果以及RANS稳态模拟结果进行了综合对比。通过对内、外弧面特定监测点的压力脉动信号进行功率谱密度分析,研究了在流动分离和二次流共同作用下弯头内压力脉动的特点。研究结果表明,压力脉动在内、外弧面上的成因不同。内弧面上最大压力脉动功率出现在弯曲角度50°附近区域,主要由流动分离和涡脱落引起;外弧面上最大压力脉动功率出现在弯曲角度12°附近区域,由流体与外弧面的冲击作用引起。     

海洋条件下浮动反应堆运行特性的数值模拟研究

利用添加了海洋条件计算模块的RELAP/SCDAPSIM程序,对额定功率工况运行下的双环路浮动反应堆受起伏、摇摆运动条件的影响情况进行了数值模拟研究.研究表明,起伏运动会造成浮动反应堆的一、二回路流量的周期性波动,起伏幅值是一回路流量波动的主要影响因素,而改变起伏周期对一回路流量波动幅度的影响不大;摇摆运动会导致一次侧...     

自然循环工况下离心泵阻力特性的实验研究与数值模拟

停转后泵的阻力特性对自然循环流量影响明显。为研究低流量自然循环工况下离心泵的阻力特性,设计了实验台架,对离心泵的正向压降、反向压降和损失系数进行了测量,实验雷诺数为2.0×10⁴～1.5×10⁵。实验表明：相同雷诺数下,反向压降明显高于正向压降;雷诺数大于8×10⁴时,损失系数基本保持不变,而低雷诺数下损失系数随雷诺数的降低有增大的趋势;基于实验得到了损失系数的经验关系式。采用CFD方法对离心泵的内部流场进行了模拟,计算表明：CFD方法能较好地预测损失系数,RNG k-ε模型与实验值的相对误差不超过10%;离心泵的压力损失主要集中在叶轮、导叶等结构的交界区域;正向与反向流动的流场分布存在显著区别;低雷诺数下局部流动更加不稳定。     

承压热冲击下压水堆压力容器壁面换热特性的数值模拟研究

为了研究压水堆因安注冷水直接注入反应堆压力容器下降环腔而导致的承压热冲击（PTS）热工水力问题,基于1∶10比例模型,应用计算流体力学商用软件FLUENT5．4进行了紊流流动换热的数值模拟分析,同时进行了常压传热实验研究。针对下降环腔折算流速0．5m/s,安注流速10m/s的典型工况,研究了压力容器下降环腔的壁面换热特性。通过分析下降环腔内的流动及混合特性,从流动机理上解释了压力容器内壁上准重接触点附近换热强烈的现象,并指出壁面换热强弱与近壁流体紊流脉动动能密切相关,为热冲击分析提供参考。     

高压安注条件下冷管段和环腔流体混合特性的数值分析

压水堆高压安注条件下冷热流体混合会导致承压热冲击现象,影响压力容器的使用寿命。本文基于ROCOM实验装置的实验数据,使用CFD方法对高压安注条件下有密度差的冷热流体混合现象进行了模拟,并对模拟结果进行了验证与分析。结果表明,在冷管段和下降段环腔中流体混合的主导因素分别为强迫流动混合和浮升力驱动混合。在仅有1条冷管段注入的情况下,进入下腔室的流体会再次回流至环腔,从而对冷却剂的混合特性产生影响。     

高温气冷堆出口连接管束的流致振动研究

基于实验和数值模拟分析,以高温气冷堆蒸汽发生器传热管为对象,研究了流体攻角和截面圆角半径对带圆角的矩形截面柱(简称圆角方柱)旋涡脱落共振和驰振的影响,得到了不同攻角和不同圆角半径下圆角方柱的绕流特性,包括斯特劳哈尔数(St)和升阻力系数。研究结果表明,随着圆角半径的增大,结构的St增大,旋涡脱落共振对应的流速降低,同时驰振力系数逐渐增大,结构发生驰振的临界流速降低,但发生驰振失稳的攻角范围有所减小。本文研究为高温气冷堆蒸汽发生器传热管束矩形截面结构的流致振动设计提供了重要的依据。     

核电厂中流固耦合现象数值模拟研究综述

流固耦合现象在核电厂中广泛存在,该现象引起的结构动力学问题对核电厂结构完整性和安全性有重要影响。目前,国内外对核电厂中流固耦合现象的研究给予越来越多的关注。本文介绍华北电力大学在该方面的一些研究进展,例如,快堆燃料组件抗震分析新的流体附加质量计算方法研究;蒸汽发生器换热管双管漩涡脱落的数值模拟;一个先进堆燃料组件平行板上流动引起的漩涡脱落数值模拟;由地震引起的自由表面对快堆主容器冲击现象的研究;移动粒子法求解液面晃动及晃动引起离散现象的研究等。     

Flow around Turbulence Promoters in Parallel Channel, (I)

Flow characteristics in relation to heat transfer characteristics in parallel channel with turbulence promoters were studied experimentally. Flow visualization experiments were made in paralle channel with one or two turbulence promoters for Reynolds number region of 100≤Re_w≤3,600. The vortex patterns behind one promoter were that a steady vortex was formed for low Reynolds number and vortex was shed for high Reynolds number. For higher Reynolds number, it was observed that shedding vortex caused other vortices or disappeared itself randomly. The results indicate that the shedding vortices will augment heat transfer, whereas the steady vortex will give rise to deterioration in heat transfer. This inference agrees with the experimental results of Hishida et al. The results of two promoters experiment showed that the maximum performance of promoter would be attained at p/d–7. This agrees with the results formerly studied by other investigators.     

5×5棒束通道局部阻塞流场实验研究

棒束燃料元件受辐照发生肿胀或弯曲变形易导致局部阻塞事故,可能造成局部冷却剂蒸干,严重威胁燃料包壳的完整性。因此有必要针对局部阻塞条件下棒束通道内的流场及阻力特性进行研究。本实验采用粒子图像测速（PIV）技术对局部阻塞条件下5×5棒束通道的流场特性进行了可视化测量,获得了不同类型子通道（边、角、中心子通道）在阻塞条件下的流场及压力数据。结果表明,漩涡在阻塞物两侧壁面生成,沿壁面增大到一定程度后脱落,并在下游形成回流区。随着阻塞率的增大,漩涡的尺寸及影响范围不断增大;随着雷诺数的增大,漩涡从阻塞物附近不断向下游扩散。流道内局部阻力系数随阻塞率的增大呈非线性增加趋势。     

纵向涡作用下窄缝矩形通道外壁温可视化研究

在窄缝矩形通道内设置4对周期性分布的矩形块纵向涡(LV)发生器作为强化换热措施,应用红外热成像测温技术对该通道加热板外壁面温度场进行可视化测量.测量结果表明,LV以一定作用距离和相对强度对温度场进行重构,形成了窄缝矩形通道内加热板外壁温交替下降和上升的类周期性变化过程,提高了通道内整体对流传热能力.     

光滑方环管内超临界水流动与传热特性数值计算研究

采用CFD数值模拟方法对光滑方环管内超临界水流动与传热特性进行初步研究。计算结果表明,光滑方环管内超临界水的传热特性存在强烈的周向不均匀性,角通道处的传热状况较窄通道处的好,角通道处的加热壁面温度低于同一截面上窄通道处的加热壁面温度。周向传热不均匀因子随主流焓的增加而增加,在拟临界点附近增长的速度最快。造成方环管内超临界水传热周向非均匀的原因主要是流道的形状。超临界水冷堆中,窄通道处最易出现传热恶化,在堆芯设计中需给予更多关注。     

用视频模拟开关组成多路高速瞬态记录仪

介绍如何使用视频模拟开关AD9300来设计一个4通道的模拟多路器,再配上一个单通道的高速瞬态记录仪,组成一个4通道的高速瞬态记录仪。     

纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能研究

对渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱共同作用下矩形通道内的流动换热性能进行了研究,与渐缩式纵向涡发生器、渐扩式纵向涡发生器和光通道的流动换热性能进行了对比,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析。结果表明：纵向涡发生器可增强换热,有利于降低加热板的表面温度,从而提高反应堆堆芯的CHF值。采用JF因子对各矩形通道的综合流动换热性能进行了比较,结果表明,渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合结构能以较小的阻力代价得到较大的换热效果,是一种理想的强化换热方式。     

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

In Part II, we described the unsteady flow simulation and proposed a modification of a traditional turbulence flow model. Computational fluid dynamics (CFD) simulations of an isothermal, fully periodic flow across a tube bundle using unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes (URANS) equations, with turbulence models such as the Reynolds stress model (RSM) were investigated at a Reynolds number of 1.8 × 10⁴, based on the tube diameter and inlet velocity. As noted in Part I, CFD simulation and experimental results were compared at five positions along (x; y) coordinates. The steady RANS simulation showed that four diverse turbulence models were efficient for predicting the Reynolds stresses, and generally, SRANS results were marginal to poor, using a consistent evaluation terminology. In the URANS simulation, we modeled the turbulent flow field in a manner similar to the approach used for large eddy simulation (LES). The time-dependent URANS results showed that the simulation reproduces the dynamic stability as characterized by transverse oscillatory flow structures in the near-wake region. In particular, the inclusion of terms accounting for the time scales associated with the production range and dissipation rate of turbulence generates unsteady statistics of the mean and fluctuation flow. In spite of this, the model implemented produces better agreement with a benchmark data set and is thus recommended.