栅元格架对5×5燃料组件轴向交混系数分布的影响

提高燃料组件轴向温度分布计算的精确性,有利于准确预测CHF点的发生位置,而交混系数对轴向温度分布准确计算具有重要影响。本研究采用数值模拟结合子通道分析程序的方法,对装配栅元格架的5×5燃料组件轴向不同位置处的流动交混进行研究。对栅元格架建立几何模型,选取SST湍流模型进行计算,完成网格敏感性分析,在额定工况下得到轴向不同位置的子通道温度分布。将子通道分析程序计算值与数值模拟实验值相结合,共同确定装配栅元格架的燃料组件轴向不同位置的交混系数。计算结果表明:在加热段前端,交混系数明显比光棒束段相同位置要高,后随着栅元格架的影响减弱,交混系数随轴向的变化同光棒束段相同。

Pin-by-pin堆芯计算栅元少群参数处理程序PINCK的研发

接口处理程序在反应堆物理“两步法”计算中起着连接组件计算和堆芯计算的桥梁作用,是反应堆物理计算中不可或缺的重要环节。为实现pin-by-pin堆芯计算,将栅元均匀化的截面参数提供给堆芯程序,设计开发了栅元少群参数处理程序PINCK。PINCK程序首先对不同分支的栅元参数进行预处理,得到不同分支的参数分量;然后,通过对参数分量进行关于状态变量的插值计算,得到参数分量的插值系数,即栅元参数库。通过对不同格式栅元参数库大小的比较,选择二进制格式作为栅元参数库的输出格式。通过分析程序计算时间,使用OpenMP对程序热点模块进行加速,16线程时,并行效率大于70%。通过使用压水堆组件对PINCK程序进行初步验证,表明PINCK程序的理论模型合理,计算结果正确。

MCNP/MCNPX几何栅元划分方法对精确放疗剂量计算的影响研究

复杂几何模型的建立是Monte Carlo粒子输运程序MCNP/MCNPX在放疗领域广泛应用的关键与难点,发展了基于医学CT影像的MCNP/MCNPX自动建模软件,提出并实现了3种几何柵元划分的方法。根据临床实例数据,分别建立了3种MCNP几何模型。在此基础上,研究分析了3种几何柵元划分方法及重复结构描述方法对计算结果的影响,为MCNP/MCNPX在放疗中的应用提供基础。

稠密栅元棒束内流动行为的CFD数值模拟

国内针对稠密栅元组件内流体的流动和传热特征展了大量的实验研究,但目前仍缺乏对稠密栅元通道内冷却剂流动特性的全面认识。本文对矩形和三角形稠密栅元通道内的空气湍流流动进行了数值研究。结合实验数据,系统地验证了涡粘性和雷诺应力两类湍流模型模拟稠密栅元内流动特征的适用范围。结果表明:SSG雷诺应力模型对流动有较好的模拟,但在棒壁窄缝处的计算结果与实验数据存在较大的差距;在y+<20时,SSG模型对近壁面区域网格的疏密不敏感;在y+较小时,二阶ω模型出现数值震荡。

不同棒束结构稠密栅元通道内的湍流CFD研究

采用URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes)方法对不同棒束结构稠密栅元通道(P/D=1.001～1.2)内的湍流流动进行CFD模拟。研究分析了不同Re(Re=5 000～215 000)的湍流流动的主流速度、壁面剪应力、湍动能等参数。研究表明:在较稠密的棒束(P/D<1.1)通道内,P/D的变化对子通道内主流速度和剪应力分布均有较大影响。本文的模拟结果也验证了在达到临界P/D前(即使δ/D<0.011),交混因子Y和δ/D成反比关系。对于固定的棒束结构(P/D=1.062),当Re达到一定值(Re=9 600)时,子通道内主流速度和剪应力分布对Re的变化不敏感。

紧密栅元棒束通道内的传热流动数值模拟

对紧密栅元棒束中心通道和壁面通道内空气的传热流动行为进行了数值研究;结合实验数据对壁面温度、剪应力、流体温度和速度以及湍动能等参数进行了分析。结果表明:随着节径比(P/D)的减小,紧密栅元棒束通道内参数的不均匀性会增加,在通道的间隙区会出现壁面温度的峰值。在紧密栅元组件的设计中应该考虑这种间隙区的高温点分布;通道壁面的周向导热对紧密栅的传热有较大影响。

棒束燃料组件特征栅元CFD方法研究

AFA-3G燃料组件中存在典型栅元和控制棒导向管栅元两种特征栅元,定位格架搅混翼的排列也具有一定的规律性。本文采用计算流体力学(CFD)方法,分别针对两种特征栅元,从第一类子通道和第二类子通道的角度,沿程评价其交混性能。质量交混与热交混紧密联系又相互区别,第一类子通道质量交换较强,但从传热角度,二者性能相当。AFA-3G燃料组件热工水力性能的实验研究中,格架搅混翼的排列方式应分别参照两种特征栅元格架。

栅元程序WIMS D4及其数据库应用的评价

采用ＷＩＭＳＤ４ 栅元程序及其国内通用的两个数据库计算了铀氢锆脉冲堆（ＴＲＩＧＡ 堆） 的两种燃料栅元类型的栅元ｋ ∞、能谱和各个核素的吸收率， 并与Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 程序ＶＩＭ 的结果进行了比较。比较结果表明， 对单棒栅元， ＷＩＭＳ 数据与ＶＩＭ 吻合较好； 对束棒栅元， ＷＩＭＳ 计算模型对水中Ｈ 的吸收和栅元能谱的计算带来了误差； 对两种栅元， 用ＷＩＭＳＣＮＤＣ 库和ＷＩＭＳＩＪＳ 库计算的ｋ∞的最大误差分别为０－８ ％ 和－ １－７ ％ 。

稠密栅元内湍流流体的流动传热

本文对稠密栅元内的湍流流动和传热特性进行了分析。首先利用实验数据对计算结果进行了验证,然后分析了Re和P/D等参数对稠密栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。Re和P/D均会对稠密栅元内的流动传热特性产生显著影响,但传统的理论模型无法描述P/D对栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。P/D=1.03是一临界点,这种条件下的稠密栅元内的流动和传热是最安全的,也是最高效的。此时核反应堆的功率和系统的传热能力可同时达到最大。

铀氢锆脉冲堆栅元计算

用由ＥＮＤＦ／ＢⅣ产生的ＺｒＨ中Ｈ及Ｅｒ等元素的６９群群常数，补充了ＷＩＭＳＤ／４库中的核数据，形成了用于铀氢锆脉冲堆计算的ＷＩＭＳＣＮＤＣ库。校核了该库中ＺｒＨ中Ｈ的散射截面，并利用该库及栅元计算程序ＷＩＭＳＤ／４，计算了铀氢锆脉冲堆燃料栅元的能谱、群常数、ｋ∞、功率分布以及温度系数。最后用一维两群扩散程序ＴＲＩＧＡＰ进行了堆芯临界计算。以上结果均与有关文献符合得很好。

稠密栅元内湍流流体的数值模拟

采用CFD软件Fluent对37棒束内的湍流流体进行了分析。利用实验数据对计算结果进行了验证,分析了棒-棒间隙的减小对稠密栅元内局部流动、传热和相干结构的影响。稠密栅元的临界P/D(棒间距/棒直径)约为1.03。随着P/D减小,相干结构和流体交混先增加然后迅速衰减。当通道间隙非常小时,相干结构运动非常弱以至于可将其忽略。其流速、壁面剪应力和壁面温度的波动也非常小,但其参数的空间分布的差异非常明显。

通道尺寸对稠密栅元内湍流流体的影响

利用CFD软件FLUENT对37棒束内的湍流流体进行分析,利用实验数据对计算结果进行验证,然后分析棒-棒间隙的减小对稠密栅元内流动交混和相干结构的影响。随着P/D的减小,大尺度相干结构运动越来越显著,由此带来的横向动量和能量交换也越来越明显。栅元的临界P/D约为1.03,此时栅元的换热条件基本上处于最佳状态。当P/D=1.01时,栅元内几乎不存在大尺度相干结构,此时通道间几乎没有动量和能量交换,换热条件也非常不理想。

燃料组件边角栅元偏离泡核沸腾比分析

燃料组件边角栅元的阻力系数大于典型栅元和冷壁栅元。本文基于标准子通道模型,通过调整子通道模拟区域的位置,修改了通道、燃料棒以及格架阻力等相关参数,直接模拟燃料组件边角栅元的综合效应,进行偏离泡核沸腾比(Departure from Nuclear Boiling Ratio,简称DNBR)分析。分析结果表明:边角栅元的偏离泡核沸腾比能被典型和冷壁栅元的计算结果所包络。本文同时对燃料组件间隙和边角栅元的偏离泡核沸腾比的影响进行了进一步分析。

三角形排列的紧密栅元棒束内流动行为的数值模拟

对三角形排列紧密栅元通道内的空气湍流流动进行了数值研究,系统考察了涡粘性和雷诺应力两类湍流模型模拟紧密栅元通道内流动特征的适用性。结果表明:SSG雷诺应力模型对流动有较好的模拟,这说明湍流各项异性的模拟在紧密栅元中十分重要;不同雷诺数和几何结构下的模拟显示,二次流的大小和雷诺数的相关性不大,但随着棒间距和棒径比(P/D)的增大,二次流减小。

栅元型格架对环形燃料子通道流动传热特性影响的数值模拟

栅元型格架是一种应用于环形燃料的新型定位格架,对环形燃料外部子通道的流动传热特性具有重要影响。本文针对直通型和外扩型两种栅元格架建立13×13环形燃料多跨格架计算流体力学(CFD)计算模型,通过计算速度场分布均匀性、搅混特性、阻力特性及努塞尔数(Nu)分布,对比分析了两种格架的流动传热特性。结果表明,外扩型格架能提高子通道流场参数分布的均匀性,同时具有更优异的搅混性能。

用于六角形组件均匀化的不规则栅元等效方法及其数值验证

为了简化六角形组件的均匀化过程,提高均匀化方法对组件几何形状的适应性,提出一种简单、有效的六角形组件不规则栅元等效方法,即在保证各种成份质量不变的条件下,将元件盒及边界水隙等不规则栅元等效成均匀、规则的六角形栅元。数值计算结果表明,该方法能够准确预测组件反应性及功率分布随燃耗的变化。

摇摆条件对稠密栅元内流动的影响

利用非稳态雷诺平均模拟(URANS)对摇摆条件下稠密栅元内的流体波动和大尺度相干结构进行理论分析,计算结果与实验值非常接近。摇摆运动会对流体波动和相干结构产生影响,摇摆条件下的流体波动周期比稳态条件下的流体波动周期略大10%。摇摆条件下流体的相干速度与稳态条件下的相干速度之间有一定的差异。最小相干主流速度位于流道中央,最大的相干主流速度位于流道中央与间隙区的过渡区域。但是摇摆运动对稠密栅元内的流体流动和传热特性的影响比较小。

7棒束紧密栅元流体流动传热数值研究

紧密栅元内的流体流动传热研究对高转化比反应堆燃料组件的优化有十分重要的意义。本文采用CFD方法对7棒束紧密栅元棒束通道内流体流动传热现象进行了数值模拟,并与7棒束紧密栅元内氟利昂流体传热的实验结果进行对比分析,详细分析了定位格架对棒束内流体传热流动的影响。结果表明:数值计算所得的非加热棒的壁面温度和实验吻合良好,定位格架的存在对其下游流体流动、棒束最高温度分布及交混系数有明显的影响,棒束某些位置因流动滞止导致温度大幅上升,在设计中应加以注意。

一种栅元等效均匀化计算的改进方法及其验证

传统的栅元等效均匀化计算方法一般采用体积-通量权重法,保证了在反射边界条件下各群通量和反应率的守恒,但该方法在边界入射流较强时有一定误差。本文提出了一种改进的等效均匀化方法,该方法以栅元边界入射流与出射流之间的响应等效作为理论基础,认为不需要保证等效前后的平均通量守恒,而应保证入射流与出射流以及各群反应率之间的响应关系守恒。和原有均匀化方法相比,改进方法几乎不增加任何计算量。对带反射层的平板问题及C5G7MOX基准例题分别进行测试计算,结果表明,改进的栅元等效均匀化方法对特征值和棒功率分布的计算精度有明显的改善作用。

几种特殊栅元群截面库的近似处理

本文以后处理厂溶解槽、含拉西环溶液为例,通过分析其栅元特性,采取一系列合理近似,在现有的AMPX群截面库计算系统的基础上,寻找较为理想的栅元共振自屏及截面权重平均的近似处理方法,为最终迁移计算(或蒙特-卡洛模拟计算)提供较为满意的群截面库。从而为这类非常规栅元系统的临界安全分析开辟一条可靠途径。