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。

均匀加热全长棒束过冷沸腾工况子通道参数场计算分析

采用壁面热分配模型对PSBT基准题中的5×5均匀加热全长棒束过冷沸腾传热进行了数值模拟研究,分析了均匀加热全长棒束通道中不同子通道和加热元件表面参数沿轴向的发展过程和径向的分布特性。研究发现,角通道和边通道是弱对流区域,其质量流速低于棒束平均值,但由于冷棒功率偏低,消除了流动不均衡性对传热效果的影响。在棒束径向方向,不同位置子通道间参数场存在差异,这是由于位于搅混格架横向导流对角方向的通道具有更有效的通道间对流效果,其传热效果更好。这种流动特性引起的参数差异在角通道中尤为显著。热棒表面过热度明显高于冷棒过热度,且位于非搅混格架横向导流方向的热棒具有更高的壁面过热度。

5×5棒束通道中简单支撑格架对流动过冷沸腾传热的影响分析

采用壁面热分配模型(即RPI模型)对PSBT基准题中的5×5均匀加热全长棒束过冷沸腾传热进行了数值模拟研究。重点分析了加热段末端搅混格架(MVG)下游简单支撑格架(SSG)对棒束通道内流动过冷沸腾传热特性的影响。在水力特性方面,研究发现SSG的形阻压降约为MVG的53%,且对棒束通道内的横向流动具有显著抑制作用。为反映SSG对搅混过程的影响,采用子通道平均横流速度比沿轴向的发展过程对其进行了分析。分析发现,在SSG附近横流速度比迅速衰减,衰减后的横流速度比与光棒束时的大小相当。由于SSG对横流过程的破坏,改变了发热表面的传热特性,在其下游气相迅速包覆加热表面,蒸发热流密度较无SSG情况偏高5%,加热段末端空泡份额偏高0.006,壁面过热度偏高0.3℃。

子通道程序SUBSC的开发及稳态验证

采用面向对象模块化编程技术开发了面向大规模热工水力计算的自主化子通道程序SUBSC,利用SUBSC和COBRA程序分别计算了典型压水堆1/4组件,结果表明,两者计算结果吻合很好。为进一步验证SUBSC程序,计算了PSBT稳态5×5棒束基准题,结果表明,在各种工况下SUBSC程序计算得到的通道平均含汽率与实验测量值吻合很好,最大相对偏差仅为0.7%,证明了程序具有较高的计算精度。为提高SUBSC程序的计算效率,引入不完全LU分解预处理的再启动GMRES算法求解质量守恒方程,对多组件的计算结果表明,SUBSC程序具备大规模热工水力计算能力。

薄角膜的近视散光眼行准分子激光原位角膜磨镶术后角膜生物力学状态长期观察

目的探讨薄角膜(<500μm)近视散光眼行准分子激光原位角膜磨镶术(laser in situ keratomileusis,LASIK)后长期(≥60个月)的角膜生物力学状态、手术的安全性、有效性及准确性。方法选取1998年9月至2010年9月,行LASIK手术且资料完整的薄角膜患者89例175只眼,观察术前及术后末次的裸眼视力(uncorrected visual acuity,UCVA)、矫正视力(corrected distance visual acuity,CDVA)、球镜度数、散光度数、等效球镜度数(spherical equivalent,SE),以及术前的中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)及术后末次复查时的CCT、角膜瓣厚度与剩余基质床厚度(residual stromal bed thickness,RSBT)及角膜地形图。计算安全指数、有效指数、准确性以及角膜瓣厚度+切削深度)/术前中央角膜厚度(Percent Tissue Altered,PTA)与剩余基质床厚度/术前中央角膜厚度(Percentage stromal bed thickness,PSBT)结果安全指数为1.09,有效指数为0.99,末次复查的SE在±0.50D、±1.00D范围之内的百分比分别为71.2%、87.7%,PTA为20%~55%(40%±6%),PSBT为51%~85%(61%±9%),无术眼发生继发性圆锥角膜。结论 PSBT达到50%及以上时,薄角膜(459~499μm)近视散光眼行LASIK术后角膜生物力学状态长期稳定,且安全有效。