帶格架燃料組件內復雜流動和傳熱特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在壓水堆中，帶定位格架燃料組件內部的湍流行為和傳熱性能對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。由于實驗研究的成本高且研究周期長等因素，針對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注。本文基于大型壓水堆開式棒束燃料組件的結構形式，針對帶格架的5?5棒束開展復雜流動及傳熱特性的CFD數(shù)值模擬研究。本文綜合分析了幾種不同湍流模型對復雜結構內的湍流流動計算結果的影響，并確定了適合于當前復雜定位格架結構以及熱工邊界條

2、件下的湍流模型。為了充分考慮燃料組件中復雜的定位格架結構對流動及傳熱的影響，針對真實的定位格架幾何結構，提出了一種適用于復雜結構的網格構建方法。用于CFD計算的定位格架網格包含彈簧片、剛突及攪混翼片在內，且得到的網格質量較優(yōu)。通過比較本文的CFD計算結果及實驗研究結果，兩者很好吻合。同時，本文深入研究了定位格架的攪混翼片對棒束通道內的流動及傳熱的影響，發(fā)現(xiàn)帶定位格架燃料組件的標準化努塞爾數(shù)（Normalized Nusselt Numb

3、er）在沿著流動的方向逐漸減小，在大約z/Dh=18.0后標準化努塞爾數(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，定位格架在z/Dh=4.0攪混能力逐漸增大隨后沿著流動方向逐漸減小，與渦流的演化規(guī)律是一致的。與此同時，本文還開展了不同結構的定位格架絕熱汽-水兩相流

4、動數(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?；趦上嗔鲃拥难芯?，探討了格架下游由攪混翼片引起的橫向流場對空泡分布的影響。通過比較A型格架和B型格架的CFD計算結果，A型格架冷棒汽相聚集程度高于熱棒，導致冷棒發(fā)生沸騰臨界的可能性增加；A型格架附近攪混能力更強，但離開格架后迅速衰減，對流場擾動較小。為了更深入研究定位格架對棒束通道內的攪混特性，本文從不同的角度研究了子通道內的參數(shù)演化特征，發(fā)現(xiàn)不同子通道之間的