绕丝对超临界流体热输运影响的CFD分析

高性能轻水反应堆（HPLWR）采用超临界水（SCW）作为冷却剂。在临界和拟临界点附近，这类超临界流体的热物性将遭受剧烈的变化，文献1】和【2】报道了此类流体而致的正常传热、强化传热和传热恶化。大量的数值研究已经证明了以CFD方法为基础的雷诺平均纳维斯托克斯（RANS）在计算超临界二氧化碳（SC—CO2）和超临界水（SCW）热输运方面的能力。本文描述了绕丝对SC—CO2传热的影响。第一步，本文选取不带绕丝的环形通道内的SC—CO2流动作为研究对象，韩国原子能研究院（KAERI）曾在某次实验中采用过此类实验本体。质量流密度为400kg／m2、内管或棒热流密度为120kW／m2下的计算发现局部非常高的内壁温度，这种现象的出现可能是受到传热恶化的影响。第二步，在出现传热恶化的区域，有意识地在环形通道内圆柱体外表面引入正方形和半圆环形丝或障碍物。分析表明，通过增强环形障碍物后部的湍流生成，传热恶化现象得到了一定程度的缓解。尽管如此，研究还发现环形障碍物的形状对传热恶化的前部区域几乎没有影响。最后，分析了环形窄缝通道内圆柱螺旋绕丝对传热恶化的影响，结果表明，螺旋绕丝极大程度地缓解了传热恶化的影响。与光滑棒体相比，螺旋绕丝对强化传热的积极影响应归结于较高的湍动能生成，这也可以通过对燃料棒计算流线的分析推断得到，由此表明了绕丝对沿丝流动的扫掠效应。