球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。

高温气冷堆侧反射层纵向窄缝中的旁流研究

高温气冷堆的堆内构件由大量石墨块与碳砖构成,石墨块之间的窄缝会造成堆芯旁流,影响堆芯的流量与温度分布,需细致研究。石墨侧反射层有垂直方向的窄缝,是主要的旁流通道之一,氦气可能从冷氦联箱通过这些窄缝直接流入热氦联箱,也会与球床中的氦气发生横向交混。通过对球床流动及垂直窄缝中的旁流建立流体网络模型,分析了横向交混对窄缝旁流的影响,并讨论在不同窄缝大小及窄缝分布情况下旁流的变化规律。研究结果表明,球床边缘的氦气横向交混对旁流量影响较为明显,需在旁流分析中考虑,尺寸较大的窄缝对整个旁流的影响较为明显,窄缝尺寸较大时,堆芯的旁流量也更大。

棱柱式高温气冷堆堆芯间隙旁流模拟研究

棱柱式高温气冷堆的堆芯由燃料组件砖块分层、分区垒砌组成,考虑到加工误差以及结构装配,组件之间需要保证一定尺寸的间隙,形成的间隙流道将分流一部分堆芯冷却剂流量,简称间隙旁流。间隙旁流是堆芯结构以及堆内构件设计需要分析的重要因素,为了研究其对于反应堆热工流体性能的影响,采用商用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)程序ANSYS CFX针对MHTGR-350(Modular High-Temperature Gas Reactor 350 MWt)堆型堆芯活性区内流动、传热的复杂现象开展三维数值模拟,通过建立组件砖块、燃料孔道、冷却剂通道以及间隙流道的详细模型,计算得到区域内的流量分配以及温度分布情况。选取关键参数开展敏感性分析,结果显示:进入狭长间隙流道的冷却剂流量主要由堆芯的结构布置以及间隙的尺寸大小决定,间隙越大、旁流占比越大,冷却效率越差,燃料的局部温度越高。同时,在反应堆运行寿期内,间隙尺寸将随着组件形变而发生变化,引起堆内温度分布以及出口温度发生波动,间隙越大引起的波动幅度也越大,不利于堆芯运行的安全性和稳定性。

温度对狭窄缝隙流动阻力系数影响的试验研究

压水反应堆内冷却剂旁漏流流道尺寸多是狭窄缝隙,狭窄缝隙尺寸很敏感,很容易受到系统压力、压差、温度、振动等因素的影响。微小的尺寸变化又会引起阻力系数明显改变,导致试验测得的雷诺数与阻力系数关系曲线与流体动力学基本原理相悖。本文通过开展恒温和升温条件下的狭窄缝隙流动阻力系数试验,研究温度变化对狭窄缝隙流动阻力系数的影响规律。升温试验中维持系统压力、试验本体压差、流量不变,逐渐升高试验流体温度,获得不同温度下的试验本体流动阻力系数。试验结果表明试验流体温度从23℃上升至52℃时,试验本体狭窄缝隙尺寸由于热胀冷缩导致接缝面更贴合,压紧力增大,流动阻力系数增幅达8%。

高温气冷堆反射层竖向窄缝中的旁流研究

球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的堆芯为散体结构,石墨砖间的大量窄缝构成了氦气的旁流通道,会影响堆芯的流量、温度分布以及反应堆的安全性,是HTR-PM热工设计中的一个重点。本文利用商用计算流体力学软件Fluent研究了HTR-PM侧反射层单条竖向窄缝的旁流问题,在确认球床、底反射层、窄缝等计算模型的基础上建立了整体模型,分析了不同窄缝入口旁流量对堆芯流量、温度等主要参数的影响和流动规律,为后续旁流问题的深入研究奠定了基础.