基于CFD的PSBT-5×5均匀加热全长棒束空泡份额预测

在压水堆堆芯热工水力研发中,需要对燃料组件中可能出现的过冷沸腾传热工况开展研究,一方面为核热耦合特性提供输入,另外也为燃料组件中的偏离泡核沸腾(DNB)现象研究与确认提供进一步数据。本文采用计算流体力学(CFD)方法对压水堆燃料组件中的过冷沸腾工况进行了预测,以确认CFD对压水堆燃料组件热工水力研究关注的宽范围热工参数、全长棒束规模下过冷沸腾工况的预测能力。计算基于两流体模型框架,采用壁面热分配模型预测沸腾过程中的汽相生成量,考虑了相间作用力及气泡分裂/合并过程。研究对象为PSBT基准题中的5×5均匀加热全长棒束,通过对比3个不同高度的中心4个子通道平均空泡份额预测值与实验测量值,确定计算模型及方法的准确性。计算工况参数范围为:压力4.79~16.59 MPa、质量流速555~4194 kg/(m^(2)·s)、入口过冷度17.5~117.2 K、测点处热平衡含汽率-0.15~0.14。通过对比222个测量点数据,有51%数据点的预测偏差在实验测量误差范围内(±0.04),88%数据点的预测偏差在2倍实验测量误差(±0.08)范围内,证明了CFD方法在较宽热工参数范围内5×5均匀加热全长棒束中过冷沸腾工况的预测能力和准确性。