环形燃料混合堆芯横向流动特性数值模拟研究

环形燃料混合堆芯横向流动特性对原堆芯的热工安全具有重要影响。本文基于计算流体力学(CFD)方法建立了3×3环形燃料混合堆芯,通过计算混合堆芯的速度场、局部阻力特性与各组件的出入口流量守恒性,对环形燃料与原堆芯燃料之间的横向流动进行了评价。结果表明,当环形燃料与原堆芯燃料轴向各处阻力一致时,原堆芯燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于0.8%,环形燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于1.8%,混合堆芯各格架段无显著横向流动。     

环形通道内液态金属钠流动传热特性数值模拟

利用数值方法，使用商用软件ANSYS CFX，针对内径4~10 mm、外径7~20 mm的环形通道内不同边界条件下单相钠的流动和传热特性进行了研究，分析了流速、入口温度、内壁面热流密度和外壁面热流密度等对其流动传热的影响。结果表明，环形通道间隙对液态金属钠流动和传热影响较大，热流密度对其影响较小。将计算结果与文献中理论和实验结果进行了比较和分析，得出环形通道内液态金属钠的传热关系式。数值模拟结果与文献实验结果吻合较好，总体趋势符合良好。      

快堆带绕丝环形燃料棒热工水力特性分析

环形燃料棒具有内外两个冷却表面,与传统棒状燃料棒相比,可充分带走燃料芯块产生的热量,有效降低燃料棒表面温度,提升反应堆安全性。通过数值模拟的方法为钠冷快堆建立稳态工况下的环形燃料棒相关数学物理模型,在保持采用绕丝定位方式的基础上,改变绕丝缠绕的位置及数量,对比分析不加绕丝、外绕、内绕、内外绕四种模型对钠冷快堆环形燃料棒温度场、流场、压力场的影响。研究表明：绕丝对流场具有充分搅混的作用,可增加冷却剂的流速,对燃料棒热量导出具有促进作用;采用内外绕时环形燃料棒整体性能最佳,环形燃料棒最高温度为768.2 K;绕丝的引入及绕丝数量的增加,均会引起压降的增加;内外绕时内外流场压降最大,但均在其安全裕度范围内。     

VVER反应堆燃料组件流动传热特性CFD分析

采用计算流体力学（CFD）方法对俄罗斯水-水高能反应堆（VVER）先进燃料组件（AFA）的流动传热特性进行模拟,获得了额定工况下燃料组件冷却剂流场、流动压降和温度分布等。结果表明:与内部含交混翼的格架相比,AFA燃料组件定位格架的压力损失较小;定位格架围板导向翼附近存在滞流现象,导致燃料组件外围区域冷却剂温度偏高;不同的测量管周向棒功率比K_c对燃料组件出口冷却剂温度的测量值有较大影响。该分析结果可为核电厂堆芯温升预警值ΔT_t的设定提供参考。      

球床堆流动与传热数值模拟

采用离散元方法(DEM)模拟球床反应堆内燃料球的随机分布,通过计算流体力学(CFD)方法研究球床堆内的流动与传热。结果表明:球与球之间的间隙处压力较低;而流速、温度、涡强度较高。沿径向分布,压力、涡强度、换热系数随孔隙率的增加而降低;流速随孔隙率的增加而增加。     

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。     

环形燃料元件内冷却剂流动换热特性的数值研究

相较于传统棒束燃料元件,内外双冷却通道的环形燃料元件具有堆芯功率密度高同时燃料温度低的优点,研究其热工水力特性具有重要意义。本文采用计算流体动力学(CFD)方法对内外冷却的环形燃料元件内外冷却流道的流动沸腾进行数值模拟,根据模拟结果对内外冷却流道的温度场、二次流速度及换热系数等参数进行分析。结果表明：最大二次流速度出现在燃料棒近壁面处;环形燃料元件外流道温度场分布呈现间隙处温度高,各子通道温度低的分布趋势;固体燃料棒表面温度在轴向同一位置处,沿周向以90°为周期变化;换热系数呈现规律性波动,单棒的不同周向角度换热系数存在较大差异,沿周向以90°为周期变化,周向角度为45°、135°、225°和315°位置处均出现温度极大值。本文结果可为环形燃料元件工程应用提供理论参考。     

镍基合金压力容器环形焊缝残余应力数值模拟与失效应力分析

根据英国结构完整性评估标准BS7910(2013),考虑焊接残余应力影响,采用失效评估图(Failure Assessment Diagram,FAD)方法对镍基合金压力容器焊接部位内表面裂纹进行安全评估。首先采用有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法,对压力容器V型、X型坡口环焊缝多层多道对接焊进行数值模拟,获取焊接残余应力分布,并将V型坡口对接焊焊接残余应力曲线与BS7910(2013)标准残余应力分布进行了对比;其次,对BS7910(2013)1级-FAC曲线进行公式化简,在焊接位置考虑残余应力、应力集中、塑性失效因子三因素的影响,对轴向内部半椭圆裂纹进行了失效应力预测。结果表明:残余应力的分布直接影响计算结果,残余拉应力越大,相应失效应力越小;残余应力值和裂纹深度a保持不变,失效应力计算结果随c/a(c为裂纹半长)增大而减小;当c/a比值不变,失效应力值随着a增大而减小。本文焊接残余应力模拟即及失效应力预测方法为以后含缺陷压力容器及管道失效应力计算(寿命预测)提供一定的参考。     

并联立式屏蔽电机主泵流动特性数值研究

以缩比系数为1∶4的立式屏蔽电机反应堆主冷却剂循环泵（简称主泵）为研究对象,建立2台并联主泵反向旋转（模型1）和同向旋转（模型2）2种几何模型;运用计算流体力学（CFD）方法对2种模型的并联主泵内部流场进行稳态运行计算,从主泵的外特性、进口流动特性、入流品质、管内压力分布方面对模型1和模型2进行对比分析。结果表明,模型1中A、B主泵性能基本一致;模型2中A、B主泵的流量相对偏差基本在0.8%以内,最大值达到1.69%,扬程相对偏差稳定在1%以内,效率和轴功率相对偏差最大值分别达到6%和8%;模型2相对模型1流动稳定性更好、入流品质更高、管内压力分布较低,有利于设备的长期运行。      

压力容器下腔室冷却剂流动特性数值模拟研究

压力容器流场特性是反应堆热工水力设计的重要依据之一。论文采用三维数值模拟方法,建立了包括进口及环形下降段、下腔室及堆芯进口段、堆芯段的华龙一号反应堆压力容器下腔室分析模型,并采用多孔介质模拟堆芯段压降及流动,在网格数量级敏感性分析的基础上确定了最终网格模型,对运行工况下压力容器下腔室冷却剂的流动特性进行了研究。结果表明,下腔室出现逆时针漩涡流动,冷却剂在冲刷格架板后在下腔室底部汇集并向上流入堆芯;通过分析格架板的上、下表面压差发现大、小格架板所受水力冲击方向相反,载荷大小相近;对下堆芯板流水孔归一化流量分配进行了分析。通过求解附加标量浓度输运方程以标记并跟踪冷却剂的分布和交混,结果表明冷却剂随着流动发生逆时针横向交混,平均有43.7%的冷却剂份额会偏移至逆时针的相邻堆芯进口位置,表明交混特性较好。     

VVER型反应堆堆芯流量分配与组件冷却剂温升CFD分析

利用计算流体力学程序CFX对VVER-1000型反应堆三维流场进行模拟,并计算了热组件冷却剂的温升。结果表明,燃料组件流量分配系数最大值为1.12,最小值为0.92;热组件流量分配系数约为0.97;偏离工况条件下,热组件冷却剂温升均高于当前温升预警限值ΔTt。该分析结果可为核电站运行中ΔTt的设定提供参考。     

池式反应堆堆内流场数值模拟

以板型燃料组件池式反应堆为研究对象,采用计算流体动力学程序CFX5对堆内流场进行了数值模拟,结果表明:流过堆芯燃料组件的流速较大,在燃料组件出口位置流速达到最大值;无论是否带有围桶,堆内压降均主要集中在堆芯燃料组件上,入口流量增大,堆芯燃料组件上的压降随之增加;堆芯上部腔室和下部腔室的压力变化很小;在相同的入口流量下,带与不带围桶的堆芯进出口差压非常接近。     

中国先进研究堆导流箱流场的数值模拟

采用目前国内普遍使用的计算流体力学 (CFD)软件PHOENICS 3 2对中国先进研究堆不同结构的导流箱的三维流场进行数值模拟计算。结果表明 :导流箱入口导流板和导流筒能显著改善导流箱入口冷却剂的流动状况 ,获得入口冷却剂沿周向均匀分流的效果 ,达到显著减缓入口冷却剂对垂直辐照孔道导管及安全棒导管直接的横向水力冲刷的设计目的     

压水堆主泵飞轮周围间隙流中泰勒涡传热特性的数值研究

反应堆冷却剂主泵飞轮周围的间隙空间充满流体。飞轮按额定工况速度旋转时,间隙内流体作周向剪切流动的同时产生强烈的湍流泰勒涡二次流动,改变了飞轮间隙流的传热特性。本文采用不同的湍流模型对湍流泰勒涡进行了模拟,雷诺应力模型的模拟结果与现存实验结果最为接近。数值模拟显示,主泵飞轮圆柱面间隙中充满排列规则的周期泰勒涡对,飞轮端面间隙中出现覆盖全端面的扁环形涡胞。飞轮圆柱表面的当地热流密度和努塞尔数与泰勒涡一样呈明显的周期性变化规律。圆柱面泰勒涡对和端面涡胞增强了飞轮区域的传热能力,对飞轮和周围承力部件的温度分布产生重要影响。     

钠冷快堆蒸汽发生器小钠水反应现象数值模拟

蒸汽发生器（SG）是钠冷快堆二回路主冷却系统的关键设备之一,其传热管破损会导致钠水反应事故,产生大量氢气、腐蚀性产物并放出热量,严重影响SG的安全运行。本文用FLUENT对小泄漏钠水反应区的瞬态现象进行数值模拟,计算得到泄漏孔径为0.2 mm时反应区最高温度可达1 564 K,最高温度随泄漏率的增加而升高,但保持在一定范围内,结果均与日本实验结果吻合,并且泄漏率会影响产物NaOH和H₂的扩散与分布。本文采用的数值模拟方法可用于小钠水反应现象分析,可得到不同泄漏率下小钠水反应能达到的最高温度、反应区任意位置的NaOH浓度和H₂浓度,以预测邻管损耗和失效时间,有利于进一步开展小钠水反应事故安全分析。     

偏心圆环通道内超临界水传热特性数值模拟

采用CFX软件,对偏心圆环通道内超临界水传热特性进行了数值模拟。选取与实验数据吻合较好的SST模型,分别研究流道偏心和壁厚偏心对圆环通道内超临界水传热特性的影响。计算结果表明：流道偏心和壁厚偏心均会引起圆环通道内温度和速度周向分布不均匀,且偏心程度越严重,周向不均匀性越强烈;超临界水独特的物性变化也会影响偏心圆环通道内周向不均匀性,从而影响传热特性。     

曲率对竖直向上环形狭窄通道内环状流特性的影响

基于三流体分离流模型,以液膜质量、动量和能量守恒方程为基础,结合汽芯动量方程,对双面加热垂直向上流动环形狭窄通道内环状流特性进行数值模拟。将计算结果与实验结果相比较,两者符合较好。通过数值模拟,分析了曲率对环状流特性的影响,得到了曲率对液膜厚度、液膜内温度、液膜内速度、临界热流密度等的影响曲线。曲率越大,内液膜越薄,而外液膜越厚。内管干涸时,临界热流密度随曲率的减小而增大;外管干涸时,则反之。     

环形截面螺旋通道内层流换热热力性能数值模拟

在恒壁温工况下,对旋转720°环形截面螺旋通道内三维层流换热的热力性能进行数值模拟.研究雷诺数为200～1000、无量纲螺距为0.1～0.2、曲率范围为0.1～0.3、在内环加热外环绝热情况下螺旋通道内不同截面上的温度场分布和速度场分布以及雷诺数、曲率和无量纲螺距对轴向不同截面上平均努谢尔特数和平均摩擦系数的影响.研究结果表明:在人口阶段,二次流作用可以忽略,随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向通道的外侧移动;轴向截面平均努谢尔特数和轴向截面平均摩擦系数随着雷诺数、曲率和螺距的变化呈现不同的规律,并且和曲率相比,螺距对传热和流动性能的影响程度相对较小.     

组合阀步降流道三维流场数值分析

运用计算流体力学程序CFX对组合阀步降流道内三维流场进行了分析和计算,流道水力学特性计算结果与组合阀步降流道流动阻力实验结果符合良好。在此基础上,对流道内流速和压力分布进行了研究,结果表明:阀芯流道侧壁入口上端流体流速达到峰值,回零水腔内流体的流速分布均匀,流道内压力损失最大的部位处于入口流道竖管段与横管段之间,可通过增大管径或加缓变过渡段的方法来减少该部位的流动阻力损失。