钠冷快堆堆芯出口冷却剂热振荡现象数值模拟研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dashanLau
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在钠冷快堆中,由于堆芯功率的不均匀分布和子通道冷却剂流量不同导致流出堆芯的液态钠的温度分布不均匀。当温度不同的冷却剂在堆芯出口混合,其中由于热流体和冷流体之间的对流混合引起温度波动,这可能导致暴露在上腔室中的中心柱的周期性热应力和高循环热疲劳而导致裂纹产生和在结构中传播的可能性,这种现象称之为热振荡。由于液体钠的温度变化较大且导热系数较高,因此在钠冷快堆中温度波动的效果比在轻水堆中更明显。因此,为了确保核电站的安全运行为减少堆芯出口上腔室内结构的热疲劳,对钠冷快堆堆芯出口温度波动进行研究是非常重要的。本研究采用平行三喷口模型进行了数值模拟,研究热振荡现象中流体和结构温度波动特性。根据实验装置条件以1:1建立几何模型,模拟中冷热流体温差约为40℃,速度边界条件分为冷热流体等速与非等速两类。选用壁面模拟的WMLES湍流模型使得LES可计算于高雷诺数下的有界流动,降低经典壁面解析LES模型网格分辨率对Re数的依赖。使用Coupled Wall方法进行流体域和固体域的热耦合计算,进行网格空间离散化和时间离散化格式的讨论,并设定监测值确保模拟计算结果收敛。将对称面和近壁面测线处的无量纲平均温度和方均根温度分布与PLAJEST实验数据进行了比较,模拟结果与测量位置处实验结果表现出相当好的一致性,验证了本课题数值模拟WMLES湍流模型的正确性和可行性。参照真实燃料组件子弹状头部设计和七开孔布置,设计中国实验快堆组件头部简化模型,建立更加真实的堆芯出口几何模型,研究CEFR堆芯出口区域热振荡现象。根据CEFR平衡态堆芯堆芯燃料组件流量和出口温度分布,选取两组典型温度和速度边界条件,模拟中冷热流体温差约为20℃,雷诺数在35.8-39.3万之间。通过合理的数值设定,使用WMLES湍流模型进行模拟。模拟结果验证了在y=100mm高度处三中心处布置测温热电偶的合理性,建议监测点温度采样时间取1s。分析中心柱附近时域与频域特性发现,向壁面方向温度波动呈现衰减特征,其中固体域内幅值小于1℃,振幅较大的波动频率集中在10Hz内。
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