带格架四棒束超临界水流动传热数值分析

棒束内超临界水流动传热是超临界水堆堆芯热工水力研究的重要内容,但对其认识还十分有限。本文针对四棒束内超临界水的流动传热现象开展数值模拟,特别分析了定位格架对棒束通道内流动和传热的影响。结果表明,采用SSG湍流模型计算所得到的棒束壁面温度和实验结果吻合良好,定位格架的存在影响下游流体的速度分布,显著提高格架下游的传热特性,交混系数有大幅上升,使得加热棒周向壁面温度分布更加平均,最高温度出现位置发生改变。     

竖直圆管内超临界水传热特性数值模拟

为深入研究超临界水的传热特性,利用计算流体力学（CFD）软件,完成了国际原子能机构(IAEA)关于竖直圆管内超临界水传热特性数值模拟的标准题计算,得到了与试验值符合较好的结果。通过研究发现：剪切应力输运（SST）模型可较好地反映超临界水的传热特性,但对网格敏感,需适当的网格相匹配,适当值的选取可能与超临界水所处的状态有关。这些结论对超临界水传热特性的数值模拟有指导意义。     

环形通道内定位格架对超临界水传热的影响

定位格架对棒束内流动传热具有极重要的影响,目前定位格架对超临界水传热的影响仍无相应的试验数据。本文基于上海交通大学完成的超临界水在环形通道内的对流传热试验,评价了传统定位格架对下游传热系数衰减关联式的适用性。试验结果表明,定位格架的面积阻塞比对格架下游传热系数衰减规律有很大影响;在超临界压力与次临界压力条件下,定位格架下游传热系数衰减规律也有较大的差异。     

竖直圆管通道内超临界水传热实验及数值模拟研究

为了对超临界水冷堆概念设计参数范围内超临界水的传热特性有进一步的了解,通过实验和数值模拟的方法对竖直上升圆管通道内超临界水的传热特性开展了研究,用实验数据对现有传热关系式和CFD计算模型进行了评估。通过实验数据与现有经验关系式的对比,发现现有大多数超临界传热关系式能够对本实验的壁温进行预测。使用实验数据对CFD模型进行了评估,结果表明在本实验参数条件下SST模型和RNG k-ε 模型的计算壁温与实验数据趋势基本一致。     

带螺旋肋片方环管内超临界水流动传热特性数值研究

采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对光滑方环管和带螺旋肋片方环管内超临界水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;螺旋肋片的加入促使流道内出现了垂直于主流方向的二次流体,增强了流场内的搅混,强化了方环管内的传热特性,并且极大地降低了周向上的传热不均匀性,能够有效地防止局部热点的出现;另一方面,螺旋肋片的加入增加了方环管内的摩擦压降。在对超临界水冷堆(SCWR)螺旋肋片进行结构参数优化设计时,需要从传热、流场搅混、压降等几个方面综合考虑。     

超临界压力下竖直圆管内不同流体的传热特性

为了深入认识超临界压力下不同流体传热中的共性反映出的传热机理及物性导致的特性差异,以水和氟利昂R134a为工质分别在SWAMUP回路和SMOTH回路上开展了竖直圆管内上升流传热试验。在正常传热、传热强化、小质量流速时浮升力导致传热恶化和大质量流速时加速效应导致传热恶化的工况中,氟利昂和水的换热系数（HTC）随无量纲温度表现出一致的变化规律。浮升力无量纲数_πB增大,换热系数与经典关系式计算值之比减小;加速效应无量纲数_πA较小时,换热系数比随_πA的增大而增大,达到峰值后换热系数比随_πA的增大而减小。_πB对超临界水试验数据的相关性更佳,而_πA对超临界氟利昂试验数据的相关性更好。无量纲数表征的超临界压力下传热规律的高度相似性初步验证了以模化流体氟利昂R134a研究超临界水传热特性是合理可行的。     

竖直圆管内超临界压力氟利昂传热试验研究

深入研究超临界压力下流体特殊的对流传热特性,对超临界水冷反应堆的堆芯设计至关重要。在上海交通大学SMOTH氟利昂回路上开展了压力4.3~4.7 MPa、质量流速600~2 500kg/(m2·s)、热流密度20~180kW/m2参数下的圆管内超临界上升流传热试验。远离拟临界温度区间内换热系数和Dittus-Boelter公式计算值很接近,热流密度越大,近拟临界区换热系数越小,小质量流速大热流密度下,发生显著传热恶化。加速效应无量纲数和浮升力无量纲数对传热特性显示了强烈的相关性。提出了氟利昂工质传热试验的传热恶化起始点关系式。Bishop关系式计算换热系数和试验值之间标准差很小,但整体略偏大;Jackson关系式计算值和试验值之间平均偏差很小,但标准差偏大。     

不同通道内超临界水流动换热特性

以具有不同当量直径的矩形、圆形、三角形、环形等管道为研究对象,利用ANSYS CFX分别计算在定质量流量和定流体速度条件下,超临界水在不同通道内的流动换热特性。发现在定质量流量条件下,圆形通道换热特性最优,且小当量直径促进流体换热;在定入口流速条件下,环形通道换热特性最优,小当量直径管道促进亚临界流体换热,大当量直径管道促进超临界流体换热。     

带有定位格架的超临界反应堆堆芯强制对流换热的数值研究

采用非结构化多面体网格和商业计算流体力学(CFD)软件对两类带有流动强化特征的定位格架对超临界水在反应堆堆芯子通道内流动及换热特性的影响进行数值研究。研究结果表明:定位格架对子通道内超临界水的换热影响显著;在定位格架内部,流通面积减小,流速增加,换热得以有效强化;阻流片型定位格架对子通道中心流体的阻挡和导流能够中和流动阻塞效应,强化其下游窄缝区的局部换热效果;交错叶片型定位格架能够在其下游产生漩涡流,加强相邻子通道间工质的热量和质量交换,强化局部换热;漩涡流也可能导致轴向速度损失,造成局部换热弱化,不利于反应堆的安全性;入口雷诺数Re对交错叶片型定位格架下游局部换热有较大影响。Re较高时,此类定位格架对子通道内局部换热的强化作用更为明显。     

圆管内超临界水传热恶化数值模拟及模型评价

采用计算流体力学(CFD)方法对圆管通道内超临界水的传热恶化特性进行数值模拟研究,将现有模型对超临界条件计算的适用性和可靠性进行了评估。计算结果表明,在低质量流速条件下,传热恶化发生时流道内将会出现M型的速度分布,最大速度处的湍动能明显减小;在高质量流速条件下,传热恶化时各物性参数中热导率对其传热特性有明显的影响。模型评估结果表明,本研究中SST模型能够用于高质量流速条件下传热恶化的计算。     

垂直上升圆环形通道内超临界压力水的传热特性

在压力P=23～28 MPa、质量流速G=350～1000 kg/(m2.s)、外壁面热流密度q=200～1000 kW/m2的试验参数范围内,对垂直上升圆环形通道内超临界压力水的传热特性进行试验研究。分析q、P、G、螺旋绕丝对传热特性的影响,比较有、无绕丝结构时出现的两种传热恶化。试验结果表明:提高G或降低q都可以强化超临界水的传热;在不同的传热类型下,P对传热特性有不同的影响;螺旋绕丝具有很好的局部强化传热作用,并且可以推迟在高热流密度、低质量流速下发生的传热恶化。     

垂直圆管内超临界水传热关联式研究

基于圆管内超临界水传热试验数据建立传热系数的预测关联式。将本文关联式和相关文献关联式预测结果与试验数据进行对比,全面比较各关联式的适用性和通用性。结果表明:本文建立的关联式具有较宽的预测范围,不仅可以预测超临界水正常传热,还可以预测传热强化和传热恶化等典型传热行为。     

垂直上升内螺纹管中超超临界压力水的传热特性研究

在P=25～35MPa、G=450～1800kg/(m2·s)、q=200～600kw/m2的试验参数范围内,研究了(φ)28.6×5.8mm垂直上升内螺纹管内水的传热特性及管壁温分布.试验结果表明:在超临界及超超临界压力区,垂直上升内螺纹管对水的传热在拟临界点前后不同,在低焓区管壁温度随焓增平缓增加,管壁温度在临界焓值区存在跃升;质量流速的提高可强化传热、推迟壁温跃升,但热负荷的增加有相反的作用.文中还给出了超超临界压力区适用于不同焓值范围的换热系数试验关联式.     

超临界水流动传热特性影响因素数值模拟研究

以计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT为计算平台,通过进行网格敏感性分析和湍流模型比较,选取最优化的网格和最佳湍流模型,对圆管和圆环通道内超临界水流动传热特性进行数值模拟,研究通道的几何结构、特征距离lT以及水物性对超临界水流动传热特性的影响。结果表明,热力学当量直径对流动传热特性影响不大,可以忽略;水力学当量直径、特征距离lT以及水的物性都对超临界水流动传热特性有很大的影响。     

垂直向上圆管环状流临界热流密度研究

预测高含汽量下的临界热流密度对于直流蒸汽发生器和事故工况下反应堆堆芯的安全性具有工程价值.本文基于液滴夹带、沉积和液膜蒸发理论,对垂直向上的均匀加热圆管内环状流的液膜厚度和液膜质量流速沿轴向的变化进行了预测.结果表明,当液膜蒸干时,干涸发生,此时的热流密度即为临界热流密度.将理论计算的临界热流密度值与实测值相比较,实验数据偏高,偏差在30%以内.     

超临界压力下水在方形环腔内垂直上升的传热特性

在西安交通大学超临界传热试验台上研究了超临界压力下水在方形环腔中垂直上升的传热特性.试验压力23～25 MPa;质量流速500～1 200kg/(m~2·s);热流密度200～800 kW/m~2;工质进口温度300～400℃.试验结果表明:带绕丝固定的方形环腔结构在高质量流速低热负荷的情况下,在拟临界区域传热会得到强化,而在低质量流速高热负荷的情况下,会发生传热恶化现象;较低的超临界压力下会有更加突出的传热强化表现,但是传热恶化会提前发生,并且更加剧烈,因此较高的超临界压力意味着安全性更高.     

超临界压力CO2在垂直管内对流换热数值模拟

对于超临界压力CO2在垂直圆管(din=2 mm)内高进口雷诺数(Re=9 000)条件下向上流动时的对流换热进行了数值模拟.通过与实验数据进行对比来验证湍流模型的可靠性,并研究变物性和浮升力对壁面温度和湍动能的影响.结果表明:在热流密度较高的情况下,向上流动时出现了局部换热恶化和换热强化现象,这主要归因于浮升力对湍动能分布的影响;采用LB湍流模型能较好地模拟这种换热现象;在热流密度较低的情况下,未出现上述换热现象.     

Numerical Simulation of Flow and Heat Transfer Characteristics of Supercritical Water in Natural Circulation Loop

<正>At the support of the Coordinated Research Programs(CRP)organized by the International Atomic Energy Agency(IAEA),it has made a numerical simulation on the natural circulation loop of supercritical water.The experimental conditions have been simulated and the flow and heat transfer of the supercritical water under nat-     

肋片对圆环通道内超临界水传热特性影响的数值分析

以计算流体力学(CFD)商业软件CFX为计算平台,对圆环通道内超临界水(SCW)的传热特性进行数值模拟。通过对几种湍流模型的对比,选取对超临界条件适用性相对较好的SST模型进行计算;比较光滑圆环通道与带肋片圆环通道内的壁温分布及传热系数的变化;研究肋片形状、高度、间距及宽度等因素对传热特性的影响。结果表明:圆环通道内肋片的存在会导致局部传热强化;在本文计算的尺寸范围内,肋片形状和宽度对传热的影响很小;一定范围内,增加肋片高度以及减小肋片间距都有利于传热强化。