管束间两相流的流场及流动特性计算方法研究

利用流体力学数值计算软件FLUENT,基于混合物模型对气-液两相流体绕等间距排列圆管流动进行数值模拟,得到不同工况中心圆柱的升阻力时程和整个计算域的流动特性。通过计算发现,对于气-液两相流绕等间距排列圆管流动而言,中心圆柱的升阻力均方值、极值和旋涡脱落频率均随着雷诺数增大而增大。并通过实验对模拟结果进行比较,验证了模拟结果的合理性。     

核级除雾器除雾效率的测量

除雾器除雾效率的测量是除雾器研制过程中必不可少的重要环节.本文通过对国内新研制除雾器以及国外MSA型除雾器除雾效率的测量研究,建立了一套准确、稳定的除雾器除雾效率检测系统,该系统采用水量称量法计算计重效率,利用撞击采样和显微镜观测法计算计数效率.实验结果表明,系统具有稳定、可靠以及测量数据准确等优点.     

微流体惯性冲击器过滤性能模拟计算

用微流体惯性冲击器收集μm尺寸气溶胶颗粒是一种新型的过滤方式,弥补了现有过滤收集方式的不足,已有学者进行了可行性论证,但气流在现有的T型惯性冲击器内压力损失较大且冲击器的加工工艺较为繁琐。本文设计并研究了一种新型微流体惯性冲击器,采用CFD软件对微流体惯性冲击器的过滤性能进行了数值模拟。建立了数学模型,对气相采用层流模型,对颗粒相采用离散相模型(DPM)。通过模拟计算,分析了不同尺寸的微流体惯性冲击器对粒子收集效率的影响。结果表明,冲击器转折角和尺寸D对收集效率均有较大影响:转折角越小,收集效率越高;当D≤1/2时,效率曲线基本不变。     

数值堆热工流体程序CVR-PACA验证及典型应用

谱元方法是一种高精度的数值计算方法,采用该方法开发了数值堆高精度热工水力并行CFD计算程序CVR-PACA。应用CVR-PACA对单棒光棒通道湍流流场、3×3光棒棒束湍流流场、Matis-H压水堆棒束通道基准题、19棒带绕丝组件通道湍流流场进行了仿真计算。通过与实验测量值对比,研究定量验证了大涡模拟(LES)模型及非稳态雷诺时均(URANS)模型对各类棒束通道流场预测的准确性。算例在建模过程中采用网格分裂技术实现了复杂几何的纯六面体网格划分,用于支撑谱元方法计算。研究较为全面地积累了高精度谱元方法模拟流场流动及换热的建模经验,获取了各类棒束通道内丰富的流动和换热细节,获得的建模经验能更加精准有力地指导相关设计的优化改进。     

蒸汽发生器二次侧流场三维数值模拟

基于FLUENT软件程序,采用多孔介质模型,在蒸汽发生器二次侧流场为单相流动的条件下,建立了蒸汽发生器二次侧流场的三维流动计算模型.计算核电厂稳态运行过程中蒸汽发生器二次侧的三维流场,得到整个流场的压力和速度分布.最后对数值模拟的流场进行了分析,得到比较满意的结果.     

波形板汽水分离器性能数值研究

采用涡量-流函数法对波形板内的流场进行了数值模拟。采用单颗粒动力学模型,即SPD模型,对波形板内水滴的运动轨迹进行了数值研究,并对波形板分离器的分离效率进行了计算,将计算结果与试验结果进行了比较,讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。研究结果表明,对波形板进行板型设计时,偏折角不宜大于45°;波形板分离器进口湿度较小时可以优先选用无疏水槽的波形板分离元件,如果湿度较大,则要优先选用有疏水槽的分离元件。     

单钩波形板分离器内二次携带机理分析

通过理论分析与三维数值模拟研究了实际运行工况下单钩波形板分离器内二次携带机理。采用Realizable k-ε湍流模型对波形板内气相流场进行数值模拟,利用离散相模型结合涡交互模型对水滴运动进行计算,根据壁面水膜运动方程求解水膜的速度与厚度分布;依据理论分析,对可能形成二次水滴的4种方式进行判定。结果表明：波形板内发生气体动力造成的水滴破碎与水滴撞击水膜产生飞溅的可能性较低,但较冷态工况的可能性高;水膜主要集中在波形板的前两级,随入口蒸汽速度或湿度的增加,水膜增厚并向下游移动;将水膜剥落和水膜分离的判别式进行统一,并证实波形板二次携带主要由水膜的剥落和分离造成,且相较水膜剥落,钩峰处的水膜分离更易发生。     

场协同理论在平行通道内的数值验证

利用SIMPLE算法对两平行平板之间有凸台的湍流回流流动换热进行了数值模拟。计算采用κ-ε两方程紊流模型,对固体区域利用区域扩充法使流场在几何上规则化,对阶梯型凸台边界用壁面函数法进行了特别处理。在入口处流体Re=10000时,数值计算得出了7组不同凸台高度相对应的流场和温度场。结果表明：平行通道表面总换热量以及换热Nu随流体速度与温度梯度矢量夹角的减小而增大．验证了基于二维边界层流提出的场协同理论同样适用于复杂的湍流回流流动。     

液态铅铋合金湍流普朗特数及RANS模型优选

工程上常采用RANS湍流模型进行热工水力相关的数值模拟,然而液态铅铋合金（LBE）具有独特的热物性,常规湍流普朗特数模型和RANS湍流模型对其流动与传热模拟的适用性有待研究。为更准确地描述绕丝燃料组件内LBE的流动与换热过程,本文基于大涡模拟对湍流普朗特数模型和RANS湍流模型进行优选。首先,采用四种湍流普朗特数模型对绕丝燃料组件内LBE的流动与传热过程进行大涡模拟,对比分析实验数据和模拟结果并进行模型优选。基于优选的湍流普朗特数模型,评价RANS湍流模型对LBE数值模拟的适用性和准确性。结果表明,Cheng湍流普朗特数模型和SST k-ω模型对LBE流动与传热模拟的准确性和适用性最高。     

基于大涡模拟的波形板汽水分离器数值研究

采用Lagrange-Euler方法对波形板汽水分离器内离散气-液两相流动进行了数值模拟研究。对于连续相,使用大涡模拟(LES)湍流模型替代常见的雷诺平均模型(RANS)进行数值模拟。大涡模拟方法将湍流分为大、小两种尺度,大尺度涡采用直接数值求解,只对小尺度湍流脉动建立模型。此方法不仅可给出更准确的分离效率等整体性能,同时可得到流动的瞬态细节和湍流脉动对液滴的影响,进而获得更为准确可信的液滴轨迹。计算结果表明,大涡模拟得到的结果同实验结果符合良好;与雷诺平均模型相比,大涡模拟可为汽水分离器的机理研究和优化设计提供更基础的模型。     

加速器驱动洁净能系统中的燃耗行为分析

研究了加速器驱动洁净核能系统（ADS）次临界反应堆内核素的演化。分析结果表明：ADS具有嬗变长寿命核废物的能力。从快堆和热堆的比较可知,ADS的快堆具有输出功率大、长寿命超铀放射性废物的累积水平低、裂变产物对反应堆反应性和能量增益影响小等优点。这些优点在利用U－Pu燃料循环的次临界堆中十分明显。对于利用Th-U燃料循环的次临界堆,热堆和快堆都是可以工作的;而对于U－Pu燃料循环的系统,快堆则是较好的选择。