压水堆子通道欠热沸腾数值验证及交混翼研究

为改善压水堆交混翼格架在欠热沸腾工况下的热工水力特性,以子通道为研究对象验证了所使用的欠热沸腾数值模型在不同工况下的有效性。基于已验证的数值模型,对含不同偏折角交混翼格架的子通道模型在不同工况下进行了两相流数值模拟,研究交混翼及其偏折角对子通道中两相流动、传热及气泡分布的影响。结果表明:交混翼在增大压降的同时明显强化了冷却剂的交混、降低了近壁面气泡份额、提高了换热效率,且在一定范围内偏折角越大影响越明显。相对较高的气泡份额将导致更大的压力损失、减弱冷却剂的交混、降低传热效率。当交混翼偏折角达25°时,继续增大其偏折角对降低近壁面气泡份额和提高传热效率的作用不再明显,反而造成压降的快速增大,因此建议其偏折角在25°左右。

交混翼对方形棒束通道内超临界流动传热影响的初步研究

以CFD软件FLUENT为工具对超临界水堆的三维带交混翼的方形单通道模型进行了数值模拟.模型考虑了交混翼的仰角对于通道内温度分布及流场的影响,结果表明,交混翼造成流体绕流,使得流道内冷热流体混合,从而使得流道内流体的温度分布均匀,有效改善了燃料棒表面温度分布情况,降低热点温度;交混翼在15°、30°、45°和50°四种仰角情况下,30°仰角情况更有利于温度区域均匀.

交混翼对单通道超临界流动传热影响的CFD模拟

以CFD软件ANSYS CFX为工具对超临界水堆的三维带交混翼的矩形单通道模型进行了数值模拟。模型考虑了交混翼的仰角对于通道内温度分布及流场的影响,结果表明,交混翼造成流体绕流,使得流道内冷热流体混合,从而使得流道内流体的温度分布均匀,有效改善了燃料棒表面温度分布情况,降低热点温度;交混翼在15°、30°、45°、50°、60°和70°几种仰角情况下,30°仰角情况更有利于温度区域均匀分布。

交混翼定位格架关键部件—交混翼角度/刚凸形状数值模拟研究

定位格架作为强化燃料组件热工水力性能最重要的结构,其对提高反应堆经济性和安全性至关重要,因此对其研究一直是实验和数值模拟的热点。交混翼和刚凸作为格架中的两个关键部件对格架的热工水力性能和机械性能都有着很大的影响。本文从基础研究的角度出发,通过与实验数据对比来验证CFD程序在绝热工况下压降的计算结果,然后将验证过的CFD模型运用到交混翼角度和刚凸形状对流场影响的分析中,并用程序CFX和程序STAR-CD做计算结果对比。

基于动量源与精细多孔介质的堆芯特征组件域CFD计算分析技术研究

堆芯计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对确定堆芯薄弱环节、优化特征结构、提升安全及经济性等具有重大意义。典型压水堆燃料组件存在大量带交混翼片格架,导致存在网格数量激增、网格划分困难、求解难以收敛等问题。目前基于流固作用机理所建立的动量源模型未考虑交混翼背流侧低压区对流体的影响,预测交混翼下游域轴流分布误差较大,此外在识别交混翼片固体域、添加动量源项时较为困难。为此本文提出了一种基于精细化多孔介质和动量源的联合仿真方案来模拟5×5带交混翼片棒束通道冷却剂流动,该方案中的域识别技术可以精确定位流体域中交混翼片所在位置,并基于格架前端及交混翼片迎流与背流侧的流固作用机理,建立多孔介质和动量源模型。该方案在格架域,采用精细化多孔介质模型,提高原格架固体所在流域局部阻力系数,相较于在格架域施加动量源项,其数值稳定性更好。而在交混翼域,对动量源方案进行了优化,优化后的动量源模型考虑到了交混翼片背流侧低压区对流体的作用,其仿真交混翼下游的速度分布和传热更准确。该方案可以在网格生成的过程中无须考虑格架、交混翼片的几何特征,从而实现全结构化网格建模、CFD求解耗时短、对网格数量不敏感,鲁棒性较优。通过与实验及贴体网格仿真结果对比,验证了该方案仿真阻流、流动、交混、涡流、传热的有效性。同时仿真5×5棒束通道时可减少90%的网格数量和60%的计算耗时。此外,由于棒束通道交混翼在轴向和周向都是规则排列,因此本文开发的动量源方案通过调整坐标即可适用于更大流体域的燃料组件。

定位格架压降关系式及CFD数值模拟研究

现有格架压降经验关系式中缺少对格架本身结构的描述,导致压降估计不准确。为准确估计格架的压力损失,利用商用计算流体动力学(CFD)软件,从基础研究的角度出发,分别探索刚凸位置、搅混翼排列的边距以及子通道间的互相搅混等对压降及下游流场的影响。在拟合格架压降经验关系式时,需要加入更多的描述格架自身结构的几何参数。在格架设计中要根据不同的格架设计目标和设计功能,针对性地优化刚凸位置、搅混翼排列及子通道的之间的互相搅混。

定位格架模型对子通道分析程序的影响研究

子通道分析程序只能进行简单的定位格架模型分析,对格架的考虑仅以形阻系数表示,仅能反映轴向的平均阻力效应,难以反映格架上不同角度和排布的交混翼对流场及温度场的影响,不能准确反映格架中的交混翼对局部参数的影响。本文通过选用适当的阻力经验关系式,引入交混翼几何尺寸及交混翼角度,将交混翼对流体产生的力定量地表示出来,添加至动量方程中,建立了新的交混翼分布式阻力模型,并将其耦合到ATHAS子通道分析程序中。程序经过对5×5棒束组件在不同结构下的计算,对比有交混翼和无交混翼子通道内的流场,研究不同形状、角度、排列方式的交混翼产生的效应。