12 CEFR堆芯出口温场和流场的三维数值模拟

池式快堆的温度场、流场是快堆重点研究课题。钠池区域较大，域内影响流动和传热的因素较多，不同区域（轴向和径向），流动形式各不相同，温度分布差异明显，采用常规的计算方法很难得到满意的结论。本文应用大型三维流体力学程序CFX，模拟计算CEFR堆芯出口区域的温度场和流场。     

CEFR堆芯燃料区出口稳态热工数值模拟

应用通用计算流体力学软件STAR-CD,对中国实验快堆(CEFR)堆芯出口区域进行详细的三维热工流体数值模拟,研究了该区域内钠搅混状况,获得了堆芯出口流场和温场。计算结果为堆芯出口温度测点布置的合理性评价和分析温度波动和流动扰动对控制棒导向管的影响等问题提供依据和参考。     

基于多孔介质模型的压水堆堆芯温场数值模拟

针对压水堆的复杂结构特点,对堆芯采用多孔介质模型,建立完整的压力容器堆芯模型,使用商用软件CFX对压力容器堆芯的热工水力特性进行数值模拟,得到偏环运行和典型事故工况下冷却剂的热工水力响应特性。计算结果表明:应用多孔介质模型能有效正确直观显示堆芯的冷却剂温度分布情况,在偏环运行工况下堆芯会出现偏心现象,而通过瞬态事故工况计算结果表明堆芯中上部冷却剂温度最高,对压水堆的热工安全具有一定指导作用。     

HTR-PM堆芯出口热气混合数值模拟分析

利用Fluent软件对模型实验台架的两支路工况进行了数值模拟,该实验台架用于高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)的堆芯出口混合结构的设计验证。通过利用模拟计算所得的温度、压力以及流速分布与模型实验台架所得到的实验结果进行对比分析,进一步确定了模拟计算的各种设置,包括边界条件、湍流模型以及求解算法等。利用Fluent软件并根据相应的设置,对HTR-PM的堆芯出口混合结构的两支路工况进行了计算分析。结果表明,两支路工况下,HTR-PM的堆芯出口混合结构可满足高热混合效率和低压降的要求。     

CEFR堆芯围桶开孔处温度场及流场分析

应用CFX对堆芯围桶开孔处温度场及流场进行模拟计算并对结果进行分析。利用模型Ⅰ、Ⅱ分别计算得到堆芯围桶开孔处的温度场及流场,并得到在正常工况下堆芯围桶开孔处钠的流动方向。计算验证了事故余热排出系统（CAPX）水台架的试验结果,为CEFR堆芯围桶开孔的安全分析打下基础。     

管壳式换热器流场三维数值模拟

采用多孔介质方法 ,在PHOENICS 3 3程序的基础上建立了换热器的三维流动计算模型。引入体积穿透率、表面穿透率、分布阻力等来描述换热器内的管束。模型通过计算Halle等[1] 的实验工况来进行验证 ,并尝试用于计算 2 0 0MW低温供热堆主换热器内的流场     

基于非线性迭代的反应堆三维堆芯实时数值模拟

为了提高两群三维中子时空扩散方程的求解精度与速度,基于非线性迭代策略的瞬态求解方法被应用于反应堆堆芯的实时数值模拟过程中。中子通量密度与功率的瞬态空间分布应用粗网有限差分法(Coarse Mesh Finite Difference Method,CMFD)来实时求解;应用节块展开法(Nodal Expansion Method,NEM)来计算耦合修正因子;非线性迭代法(Nonlinear Iteration Method,NIM)利用耦合修正因子来实时校正CMFD的耦合系数;采用动态群参数校正方法来降低控制棒尖端效应。开发了反应堆三维堆芯实时数值模拟程序,利用典型基准算例进行了实时仿真验证。结果表明:NIM融合了NEM精度高与CMFD速度快的优点,可以有效地解决核电站全范围仿真机开发过程中,反应堆三维堆芯瞬态仿真模型的高精度与实时性兼顾的问题;动态群参数校正方法可以有效降低控制棒尖端效应,验证过程中对不同的网格划分、不同的迭代收敛准则进行了性能测试与敏感性分析,对其合理选择提出了建议。     

CEFR整体冷钠池及其辅助系统温度场三维数值模拟

利用流体力学软件CFX对中国实验快堆（CEFR）整体冷钠池及其辅助系统进行详细稳态模拟计算,并验证运行工况下的热工设计。计算结果表明：冷钠池内存在热分层和热分区现象,确实存在冷钠池上板的高温区,同时泵腔室上部的温度较其他区域的高。本工作为反应堆功率提升及运行提供了技术准备。     

矩形窄缝流道内窄边近壁区域流场和温场的数值模拟

矩形窄缝流道窄边附近流场和温场的分布对于优化设计宽边和窄边边角近擘区域的加热方式具有重要的意义,是设计者非常关心的问题之一。为了深入了解矩形窄缝流道内近壁区域的流场和温场的分布情况,采用商用计算流体动力学程序CFX对矩形窄缝内流场和温场进行了求解和分析,获得了矩形窄缝流道内宽窄边交界边角区域的流场和温场的分布情况,并对该区域的流场和温场及其影响因素进行了分析。     

压水堆下腔室流场对堆芯流场和温度场影响数值分析

利用三维数值模拟,对不同环腔厚度和环腔内冷却剂速度条件下,下腔室内冷却剂流场进行了计算。在此基础上,对压水堆流量孔板冷却剂流量的分配情况进行了分析,并找出了通过流量孔板通孔小组的冷却剂流量与平均流量的最小偏差。分别计算了最小偏差条件下与平均流量条件下,堆芯内板状燃料元件周围冷却剂的流场和温度场。发现由环腔厚度或环腔内冷却剂速度不同而引起的下腔室流场分布不均匀,对堆芯内冷却剂流场和温度场影响较大。     

不连续因子在三维堆芯瞬态数值模拟中的应用

为保证三维堆芯瞬态计算过程中的静、瞬态精度与实时性的要求,采用高阶节块展开法对全堆芯细网划分进行静态数值计算,得到非均匀中子通量和界面中子流;采用体积通量权重法进行细网到粗网的均匀化过程,得到均匀化群参数、界面不连续因子与边界反照率;在瞬态计算过程中,根据棒位变化与热工水力参数反馈实时修正均匀化参数与不连续因子;最后利用基于不连续因子校正的粗网有限差分法,实现了三维堆芯静态、瞬态计算,并编制计算程序,进行了典型LMW算例的数值模拟验证。仿真实验证实此方法在空间与时间两个维度上,均达到与高阶节块展开法等同的精度,且计算效率高于将节块展开法直接应用于瞬态计算的数值模拟程序,满足开发核电站全范围模拟机三维堆芯模型的需要。     

堆芯冷却剂流动和传热特性的数值模拟

为了模拟堆芯冷却剂的流动与传热问题，编制了一个热工水力分析程序，该程序基于多孔介质分析方法，在流体所遵循的质量守恒，动量守恒和能量守恒方程中引入体积孔隙率，有方向表面孔隙率、局部阻力和局部热源燃料棒等固体构件对冷却剂流动和传热的影响，鉴于差分格式和算法对计算精度和计算速度有较大的影响，在程序中对能量方程采用了开发的ＷＳＵＣ格式，为了使程序既适应于稳态工况及又适应瞬态工况，在算法上采用了改进的ＰＩＳ     

水力驱动控制棒步进缸三维流场数值模拟

应用计算流体力学程序CFX5对水力驱动控制棒步进缸内部的三维流场进行了计算和分析。结果表明：步进缸内大部分区域流体流速较小,压力较高,且变化不大,发生明显变化的部位主要分布在步进缸底部水管入口及截面突变处、内外套对孔处和排气孔处。     

CEFR中间热交换器一次侧数值模拟

应用CFX程序对中国实验快堆（CEFR）一回路中间热交换器（IHX）一次侧的1/6进行三维稳态模拟。计算获得IHX一次侧速度场、换热管束的温度分布及变化规律。结果表明,中间热交换器满足设计要求,能保证主热传输系统的正常工作。计算结果可为快堆调试及运行提供技术支持和理论依据。     

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.     

三维有限元堆芯模拟燃料管理方法

重水动力堆的装换料是在带功率下进行的、相邻管道换料方向相反的双向连续换料。用有限元法编制了三维二群中子扩散堆芯燃料管理程序,给出中子通量分布、功率分布、燃料束的比燃耗分布,有效增殖系数,吸收棒、点火棒和水位的效应,管道温升和管道流量以及其它关心的物理量。使用任意三棱柱元素和四棱柱元素,较真实地模拟反应堆边界。网格的剖分采用自动和人工相结合。程序既有自动装换料的功能,又有人工装换料的功能;为了使它有广泛的适应性,还特别设置了从辐照过的堆芯转变为另一种特定堆芯,并重新开始计算的功能。它可综合模拟堆芯运行和燃料管理。采用源迭代和切比雪夫加速收敛技巧使程序精度高,运算速度快。用3D-IAEA和3DPHWR对程序进行了考核,达到了预期的效果。     

三维有限元堆芯模拟燃料管理方法

重水动力堆的装换料是在带功率下进行的、相邻管道换料方向相反的双向连续换料。用有限元法编制了三维二群中子扩散堆芯燃料管理程序,给出中子通量分布、功率分布、燃料束的比燃耗分布,有效增殖系数,吸收棒、点火棒和水位的效应,管道温升和管道流量以及其它关心的物理量。使用任意三棱柱元素和四棱柱元素,较真实地模拟反应堆边界。网格的剖分采用自动和人工相结合。程序既有自动装换料的功能,又有人工装换料的功能;为了使它有广泛的适应性,还特别设置了从辐照过的堆芯转变为另一种特定堆芯,并重新开始计算的功能。它可综合模拟堆芯运行和燃料管理。采用源迭代和切比雪夫加速收敛技巧使程序精度高,运算速度快。用3D-IAEA和3DPHWR对程序进行了考核,达到了预期的效果。     

快堆蒸汽发生器小泄漏下三维流场数值模拟

为了计算快堆蒸汽发生器小泄漏后钠水反应产物的传输扩散,对快堆壳管式蒸汽发生器内稳态钠流场进行了三维数值模拟,建立了蒸汽发生器内钠流场三维数值模型。管束对钠流的影响用分布阻力、体积多孔率、面渗透率来模拟,并根据横掠管束与纵掠管束的压力阻力关系式来关联管束的分布阻力。采用κ－ε湍流模型,壳和支撑板壁面采和壁面函数法来处理。模型计算压降与实验数据比较,二者吻合较好。     

基于多孔介质模型的行波堆TP-1堆芯稳态温度场与流场数值模拟

根据TerraPower公司最新设计的钠冷行波堆TP-1的具体结构和运行特点,采用多孔介质模型,使用商用软件CFX对行波堆堆芯的热工水力特性进行数值模拟,得到了TP-1稳态运行条件下堆芯温度场、速度场和压力场分布。结果表明：应用多孔介质模型对行波堆堆芯进行三维热工水力数值模拟的方法直观、快速、有效,将它应用于行波堆堆芯稳态条件下三维流场和温度场分析具有一定的意义。     

水力缓冲器三维流场数值分析

以水力缓冲器为研究对象,在实验研究的基础上,运用计算流体力学软件FLUENT对水力缓冲器高、低压缓冲腔进行三维流场数值分析。结果表明,高压缓冲腔节流孔的流动阻力是水力缓冲器的主要阻力环节,节流孔的流动阻力随柱塞位移增大而增加。根据节流孔流量系数变化曲线计算得到的水力缓冲器缓冲位移曲线与实验结果符合很好,验证了三维流场数值分析模型的正确性。同时得到了表征缓冲器特性的缓冲力 缓冲位移曲线,为水力缓冲器的结构设计和优化改进提供了依据。