類三角形棒束子通道內(nèi)超臨界水流動傳熱數(shù)值研究.pdf

1、超臨界水冷堆作為第四代新型反應(yīng)堆之一具有廣闊的應(yīng)用前景，研究超臨界水冷堆堆芯熱工水力特性是一件非常有意義的工作。目前針對棒束通道內(nèi)超臨界水的試驗(yàn)研究由于受技術(shù)和成本限制還很少，而且得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不能滿足超臨界水冷堆的研發(fā)和設(shè)計(jì)的需求。本文在類三角形子通道內(nèi)超臨界水流動傳熱試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬的方法對棒束通道內(nèi)超臨界水流動傳熱特性進(jìn)行全面深入的研究。
　　本文以燃料棒直徑為8mm，柵距比P/D為1.4，壁面厚度為2.5mm的類

2、三角形通道為研究對象建立流固耦合數(shù)值模型，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX14.0，對通道內(nèi)流體溫度場、流場、壁溫及傳熱系數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并且分析湍流模型、系統(tǒng)參數(shù)和定位格架的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明，SSG模型計(jì)算得到的子通道壁溫的軸向分布最低，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合最好，RNGκ-ε模型的壁面溫度最高；壁面溫度、流體溫度、二次流速度和湍動能的周向分布規(guī)律相似，在直段和弧段的夾角位置最高，在弧邊中點(diǎn)處最低，說明子通道內(nèi)周向換熱不均勻；外壁溫比內(nèi)壁溫周

3、向分布更均勻，SSG模型計(jì)算得到的壁面溫度周向分布最均勻。湍流模型的選擇對流體平均溫度和主流平均速度軸向分布影響很?。辉谧油ǖ罊M截面，流體溫度、二次流速度和湍動能從中心到內(nèi)壁面沿徑向遞增，而主流速度的徑向分布規(guī)律正好相反；主流速度在近壁處周向分布不均勻，在夾角位置最小，在直邊中點(diǎn)處最大；在?=0°特征線，SSG模型計(jì)算得到的主流相對速度徑向梯度最大，主流速度變化最快，在?=33.7°特征線，SSG模型的主流相對速度在近壁面處最大，主流相

4、對速度徑向梯度最小，主流速度變化最慢，在?=60°特征線，RNGκ-ε模型的主流相對速度徑向梯度最大，主流速度變化最快。SSG模型計(jì)算得到的二次流平均速度比其他模型大得多，近壁面處二次流較大的地方內(nèi)壁溫和流體溫度較低；RNGκ-ε模型計(jì)算得到的平均湍動能最大, SSG模型比SST模型的湍動能的周向分布更均勻。綜上所述，SSG模型計(jì)算得到的子通道內(nèi)溫度場、流場最均勻，傳熱特性最好。質(zhì)量流率、壓力和內(nèi)壁面熱流密度對超臨界水傳熱特性的影響規(guī)律

5、如下：在壓力和熱流密度不變的情況下，隨著質(zhì)量流率增大，內(nèi)、外壁溫度均降低，傳熱系數(shù)升高；質(zhì)量流率的提高能夠強(qiáng)化子通道內(nèi)流體換熱；超臨界水比超臨界氣換熱效果好。在低焓區(qū)，不同壓力下的內(nèi)、外壁溫度和傳熱系數(shù)曲線基本重合；壁面溫度在擬臨界焓區(qū)的升高趨勢比在低焓區(qū)和高焓區(qū)平緩；在高焓區(qū)，不同壓力下的壁溫差隨主流焓增加逐漸減?。粔毫鳠嵯禂?shù)的影響主要體現(xiàn)在擬臨界焓區(qū)，傳熱系數(shù)隨著壓力增大而減小。熱流密度越大，內(nèi)、外壁溫越高；在低焓區(qū)，熱流密度的

6、變化對換熱系數(shù)影響較小，在大比熱區(qū)和高焓區(qū)，不同熱流密度下的傳熱系數(shù)差別較大，傳熱系數(shù)隨著熱流密度增大顯著減小；說明熱流密度對超臨界水傳熱特性的影響小于對超臨界氣的影響。有定位格架的內(nèi)、外壁溫軸向分布比無定位格架的略低，在定位格架段差別尤其明顯，說明定位格架能夠強(qiáng)化子通道內(nèi)流體的換熱；同一截面上有定位格架的內(nèi)、外壁溫在0°到60°的變化趨勢與無定位格架的基本一致，說明定位格架在此范圍對周向傳熱的影響較?。挥?、無定位格架兩種情況下的內(nèi)、外

7、壁溫在相同周向角位置的溫差在下游截面比上游小，表明在定位格架下游，隨著軸向距離的增加，定位格架的強(qiáng)化換熱作用逐漸減小。有定位格架時(shí)的流體平均溫度與無定位格架的軸向變化趨勢相似，無定位格架時(shí)的流體平均溫度略高，但是流體平均溫度在定位格架段出現(xiàn)先升高后又降低的劇烈變化；在定位格架段及其下游，橫截面上流體溫度在無定位格架時(shí)比有定位格架時(shí)周向分布更均勻。有定位格架時(shí)，子通道內(nèi)流體質(zhì)量流率、主流速度、截面二次流速度和湍動能的軸向分布規(guī)律相似，均在