管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究

采用CFD方法对燃料组件进行过冷流动沸腾数值模拟研究是反应堆热工水力分析的一项重要内容。本研究使用STAR-CCM+基于欧拉双流体模型结合壁面沸腾模型对管内过冷流动沸腾进行数值模拟,得到了壁面温度、主流温度及空泡份额的分布。基于实验结果对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型的参数设置进行了敏感性分析。研究结果表明,对于欧拉双流体模型,并非网格量越多结果越准确,加热面第1层网格的高度对结果影响显著。湍流模型和曳力模型对计算结果影响较小,非曳力中的湍流耗散力及升力对结果影响较大。Li Quan或Hibiki-Ishii汽化核心密度模型与Kocamustafaogullari气泡脱离直径模型组合对壁面温度及空泡份额的计算较准确。本研究可为反应堆燃料组件内过冷流动沸腾数值模拟提供参考依据。

花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性数值研究

花瓣形燃料元件具有换热性能强和无需定位格架等优点,能进一步提高反应堆的功率密度和经济性。为此,本文利用欧拉两流体模型,同时结合RPI壁面沸腾模型,对2×2花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性开展数值研究。通过圆管过冷沸腾实验数据验证了模型的准确性。开展了流速和热流密度参数对花瓣形燃料元件棒束通道内流动、换热及空泡份额分布影响的数值研究。结果表明,通道内冷却剂的流动速度分布不均匀;横向流动沿主流方向存在波动;空泡份额在燃料元件的内凹弧与外凸弧处表现出较大差异;同时,由于流场和换热形式的不同,导致燃料元件的周向壁面温度呈现不均匀分布,横向流动的存在影响着壁面热流分配情况。

蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

采用两流体欧拉数学模型,结合气相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型以及RPI壁面沸腾模型,利用ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器局部传热管束二次侧的过冷沸腾进行数值研究。数值研究结果与单管内过冷沸腾实验数据对比验证符合良好。结果表明,采用壁面沸腾模型能准确预测沸腾起始点的位置,同时梅花孔板的存在对二次侧流动换热特性影响显著。

竖直窄缝过冷沸腾实验模型及数值模拟

基于常压下竖直窄缝通道的过冷沸腾实验结果,提出了2 mm窄缝通道的壁面核化数值新模型,模型包括:汽化核心密度、气泡脱离直径、气泡脱离频率和核化起始点(ONB)关联式。分别采用新模型和CFX模型对典型实验工况进行数值模拟分析,模拟结果与实验的壁面温度和平均壁面温度结果吻合较好。详细讨论了2个模型中的3个主要关联式的差异,最后讨论了ONB模型对过冷沸腾数值模拟结果的影响。结果表明,考虑ONB模型的新核化模型能更准确地预测窄缝通道过冷流动沸腾传热特性。

5×5花瓣形燃料棒组件内过冷沸腾流动与换热特性数值研究

使用欧拉两流体模型和伦斯勒理工学院(RPI)壁面沸腾模型并考虑燃料棒组件内流固耦合传热,探究了5×5花瓣形燃料棒组件在均匀体积热源条件下的过冷沸腾流动与换热特性,分析了不同子通道内的速度场、温度场、空泡份额分布以及换热系数分布规律等。研究发现,棒束通道内二次流强度沿轴向呈周期性波动变化;过冷沸腾工况下花瓣形燃料组件内空泡份额峰值出现在靠近出口处,汽泡主要在燃料棒内凹弧处产生,呈逆时针偏心分布,且角子通道的汽相体积份额明显大于中心子通道;在本文模拟工况下,芯块最高温度达到657.9 K,沿轴向燃料棒芯块高温区面积逐渐增大,且角子通道的冷却剂温度高于边子通道,中心子通道冷却剂平均温度最低,各子通道的换热系数沿轴向呈周期性波动。