帶格架燃料組件內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)和傳熱特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在壓水堆中，帶定位格架燃料組件內(nèi)部的湍流行為和傳熱性能對(duì)燃料組件的熱工水力性能和堆芯熱工安全有著非常重要的影響。由于實(shí)驗(yàn)研究的成本高且研究周期長等因素，針對(duì)帶格架燃料組件的熱工水力性能數(shù)值模擬研究正受到廣泛關(guān)注。本文基于大型壓水堆開式棒束燃料組件的結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)帶格架的5?5棒束開展復(fù)雜流動(dòng)及傳熱特性的CFD數(shù)值模擬研究。本文綜合分析了幾種不同湍流模型對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)的湍流流動(dòng)計(jì)算結(jié)果的影響，并確定了適合于當(dāng)前復(fù)雜定位格架結(jié)構(gòu)以及熱工邊界條

2、件下的湍流模型。為了充分考慮燃料組件中復(fù)雜的定位格架結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)及傳熱的影響，針對(duì)真實(shí)的定位格架幾何結(jié)構(gòu)，提出了一種適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格構(gòu)建方法。用于CFD計(jì)算的定位格架網(wǎng)格包含彈簧片、剛突及攪混翼片在內(nèi)，且得到的網(wǎng)格質(zhì)量較優(yōu)。通過比較本文的CFD計(jì)算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，兩者很好吻合。同時(shí)，本文深入研究了定位格架的攪混翼片對(duì)棒束通道內(nèi)的流動(dòng)及傳熱的影響，發(fā)現(xiàn)帶定位格架燃料組件的標(biāo)準(zhǔn)化努塞爾數(shù)（Normalized Nusselt Numb

3、er）在沿著流動(dòng)的方向逐漸減小，在大約z/Dh=18.0后標(biāo)準(zhǔn)化努塞爾數(shù)小于1，棒束通道在z/Dh=18.0后傳熱性能較差，這是由于攪混翼片引起的攪混沿軸向流動(dòng)不斷衰減所至。通過分析由攪混翼片引起的幾種不同類型渦流，并研究渦流在格架下游的演化規(guī)律，確定了定位格架下游的橫向攪混能力變化趨勢(shì)，定位格架在z/Dh=4.0攪混能力逐漸增大隨后沿著流動(dòng)方向逐漸減小，與渦流的演化規(guī)律是一致的。與此同時(shí)，本文還開展了不同結(jié)構(gòu)的定位格架絕熱汽-水兩相流

4、動(dòng)數(shù)值研究，包括有攪混翼片和沒有攪混翼片兩種定位格架，及A型格架和B型格架?；趦上嗔鲃?dòng)的研究，探討了格架下游由攪混翼片引起的橫向流場對(duì)空泡分布的影響。通過比較A型格架和B型格架的CFD計(jì)算結(jié)果，A型格架冷棒汽相聚集程度高于熱棒，導(dǎo)致冷棒發(fā)生沸騰臨界的可能性增加；A型格架附近攪混能力更強(qiáng)，但離開格架后迅速衰減，對(duì)流場擾動(dòng)較小。為了更深入研究定位格架對(duì)棒束通道內(nèi)的攪混特性，本文從不同的角度研究了子通道內(nèi)的參數(shù)演化特征，發(fā)現(xiàn)不同子通道之間的