超临界水冷堆类三角形子通道流动传热特性研究

基于类三角形子通道超临界水的传热试验,建立了超临界水冷堆三角形子通道物理模型。采用雷诺应力湍流模型SSG,在压力为23~28 MPa、质量流速为700~1 300kg/(m^2·s)、热流密度为200~1 000kW/m^2参数范围内,对棒径8mm、栅距比为1.4的子通道内超临界水流动与传热特性进行了数值研究。分析了系统参数对流动和传热特性的影响,对比了不同焓区的二次流特性。结果表明:采用SSG模型对超临界水冷堆三角形子通道内流动传热的CFD模拟结果与试验数据较吻合。质量流速越高,传热能力越强;子通道换热系数峰值随压力的提高而减小;热负荷越高,内壁温度越高;在大比热容区换热系数峰值随热流密度的增大而明显减小,传热存在恶化趋势。超临界区子通道内在与主流垂直方向形成了明显的二次流,存在6个对称的漩涡,二次流速最大值出现在子通道窄缝区间隙。通道内不同焓区二次流结构相似,但二次流强度随焓的提高而增大。

带定位格架的类三角形子通道内超临界水流动传热数值研究

针对超临界反应堆类三角形子通道的传热和流动特性,数值研究了不同栅距比定位格架作用下子通道内超临界水的流动传热特性、二次流及流动阻力特性。研究结果表明:定位格架对子通道内超临界水的换热影响显著;不同栅距比下的壁面温度、换热系数的轴向分布都具有相同的趋势,定位格架附近壁面温度下降,换热系数上升;定位格架下游壁面温度分布不均匀,且不均匀程度随栅距比减小而更加明显;定位格架下游截面形成四个对称旋涡,栅距比较小时,二次流强度较大;不同栅距比堆芯子通道流动阻塞率不同,流动阻力随栅距比减小而增大。

超临界水冷堆类三角形子通道传热不均匀性研究

基于类三角形堆芯子通道超临界水传热不均匀性试验,建立棒径为8 mm、栅距比为1.2~1.4的超临界水冷堆(SCWR)类三角形堆芯子通道物理模型,研究通道内超临界水传热不均匀性,分析超临界压力区子通道传热轴向与周向不均匀性。试验研究表明类三角形子通道轴向传热强度不均,沿轴向传热强度存在峰值区,大比热区传热强度大,而远离大比热区传热强度低;试验与数值模拟对比表明(Spezlale,Sarkar and Gatski Model)湍流模型可准确预测SCWR类三角形子通道超临界水传热特性;子通道周向传热严重不均,在垂直于主流方向横截面,流体和管壁之间的局部传热系数随着周向角的增大先升高后降低,其值在中心主流区处最大,在窄缝区位置最小,并且在不同的主流焓值区内周向传热不均程度不同;栅距比对子通道传热有影响,随着栅距比的增大,在整个主流焓值区内,平均壁温升高,换热系数降低,周向传热不均匀性显著减小。

超临界水冷反应堆内带定位格架的类三角形堆芯通道流动传热特性研究

采用结构化多面体网格和商用CFD软件对反应堆堆芯棒径D=8 mm,栅距比P/D=1.4超临界水冷反应堆内带定位格架类三角形堆芯通道内超临界水流动与传热特性进行研究。研究结果表明:采用SSG湍流模型计算得出的内壁温度与实验数据吻合良好。定位格架会导致工质产生扰动,阻流片型定位格架比标准型定位格架对流体扰动影响大。定位格架可强化堆芯通道内超临界水传热,阻流片型定位格架末端强化换热能力要优于标准型定位格架。

定位格架对超临界水冷堆堆芯换热的影响

在压力为25 MPa、质量流速800kg/(m^2·s)、热流密度600kW/(m2·K)的条件下,对超临界水冷堆堆芯(燃料棒直径D=8.0mm,节径比P/D=1.2)类三角形子通道内超临界水的换热特性进行研究。用结构化的六面体网格以及计算流体动力学软件ANSYS CFX对堆芯的换热情况进行了模拟。以无定位格架子通道为基准,对比阻流片型定位格架对通道内流体换热的作用。结果表明,在超临界压力下阻流片型定位格架能够明显增强换热,降低最高包壳温度。另外,不同焓值区定位格架对换热的影响存在差异。