在压水堆核电站中,反应堆堆芯为整个反应堆系统提供能量,是一回路的关键设备。而燃料组件是堆芯的重要组成部分,研究燃料组件的流场特征非常重要。由于测量燃料组件流场的试验技术复杂,当前广泛采用CFD方法对其流场特性进行研究。论文以核反应堆棒束燃料组件的稳态流场特征为研究对象,采用结构化网格划分方法对棒束燃料组件流场计算域进行网格划分,并使用ANSYS CFX程序对单格架3×3棒束燃料组件、单格架5×5棒束燃料组件及三格架5×5棒束组件的三维流动过程进行了数值模拟,得到流体的入口速度、温度和棒束加热方式、沿程定位格架形式对燃料组件流场的影响。论文还研究燃料组件各部分结构对流场的影响,详细分析定位格架、刚凸、搅混翼等结构周围的局部流场,并比较定位格架和跨间格架对流场的不同影响,对格架间和格架后的湍流和传热特征进行深入探讨。作为完整燃料组件流场分析的算例,所研究的三格架5×5棒束组件由前、后两个定位格架和中间一个跨间格架组成,采用四组搅混翼偏折角度和五组翼片长度,分别计算流场参数,得到翼片几何参数对燃料组件湍流特征和压降的影响。论文的研究结果表明,定位格架作用使流体产生了剧烈的横向交混,在定位格架后的流体局部最大横流速度达到了入口速度的60%,强化了流体和棒束间的横流和换热,跨间格架和定位格架对流场的作用相同,都强化了流体的横向流动。比较5×5棒束组件中心通道、中间通道和角通道的横流与流体温度,中心通道的横流速度最大,流体温度最高,中间通道横流速度较小,流体温度较低,角通道横流速度最小,温度最低。格架局部几何结构对组件的横流和压降有重要影响,搅混翼对流体的横流速度影响最大,增加搅混翼的偏折角度会增强格架对流场的搅混系数,但同时会导致燃料组件的压降上升;增加搅混翼长度也会增强格架的搅混系数,但当其长度不超过标准搅混翼片长度时,其长度的变化对组件压降的影响较小。论文提出的燃料组件流场结构化网格生成方法得到的高质量网格,不仅适用于局部结构或全结构的燃料组件,也适用于管束通道和棒束通道,可显著提高复杂几何管束-棒束通道流场CFD分析的收敛速度和精度。对三种类型燃料组件三维流场及湍流特征的CFD分析结果不仅对燃料组件定位格架的结构设计有指导意义,还可为反应堆的热工水力设计和安全稳定运行提供基础数据。