堆芯带有搅混翼棒束通道间湍流交混效应研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ASGSXX1
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目前对于反应堆堆芯棒式燃料组件进行精细化热工水力分析主要采用子通道模型,而在子通道模型中通道间的相互作用模型仍有待完善。棒式组件子通道间冷却剂相互交混作用主要有横流交混、湍流交混和空泡效应三种方式,其中湍流交混效应主要反映由于湍流流动造成的通道间冷却剂的交混效应,特点是在不产生相邻通道间冷却剂净质量交换的情况下,完成冷却剂的动量和能量交换,从而在展平通道间的速度和焓升分布上产生较为明显的贡献。但由于湍流流动现象的复杂性和不确定性,子通道程序无法通过自身的建模计算方式定量反映相关现象。而利用由计算流体力学程序提供的精细化流场分析结果可较好的弥补子通道程序在湍流交混分析方面的空白,因此本文采用FLUENT15.0流场分析软件对带有撕裂式搅混翼定位格架的棒束通道几何条件下的冷却剂流场进行计算分析,同时通过理论分析提出一种新的相邻通道间湍流交混速度的计算方法,并利用量纲分析的方法得到影响该参数的关键因素,采用控制变量的方式得到多组计算数据,拟合得到在搅混翼影响下的定位格架下游湍流交混系数的经验关联式,从而为堆芯子通道程序的通道间湍流交混计算分析提供的数据基础。  面对CFD计算验证评价的要求,本文以1995年Karoutas公布的装置几何参数和流场条件为对象,采用最简单的2×3棒束通道规模,并结合入口速度、出口压力及周向周期性边界条件进行仿真计算。通过与实验数据对比的方式确定最佳的网格划分方法、边界层划分方式和湍流模型,进而通过改变入口速度和几何条件的方式,获得不同雷诺数(9630~95537)及节径比P/D(1.25~1.42)条件下的通道间湍流交混速度的计算值沿棒轴向的分布情况。计算对比发现,采用混合网格方法,结合加强壁面函数处理方法的SST k–ω模型在上述计算几何及流动条件下,可得到最佳的流场计算结果;同时湍流交混系数?在搅混翼下游沿轴向方向呈周期衰减趋势变化,其中振幅是节径比和相邻通道平均雷诺数的函数,得到的结果β∞Re-0.1与实验结果符合较好;同时,节径比P/D作为关键因素,对交混系数的振幅、衰变常数和振动周期参数影响显著,其中当节径比为1.35左右时振幅达到最大,对堆芯燃料组件设计有一定的指导作用。  根据湍流交混效应的特点,将湍流交混系数关联式应用于反应堆一回路一维计算软件THEATRe中,通过修改通道的动量和能量源项的方式,引入相邻子通道间横流交混计算模型、湍流交混计算模型和压降模型,编写相关的计算模块,并以GE3×3实验为基础设计仿真算例,进行堆芯燃料组件内的稳态和瞬态仿真分析工作,定量反映撕裂式搅混翼对堆芯流场的影响。从仿真结果分析可知,湍流交混效应在对流场压力、流量分配方面影响较弱,但在温度场方面影响显著。程序在瞬态计算过程中表现出较好的收敛性,参数变化趋势合理,各参数计算结果符合仿真要求,能够较好的完成堆芯热工水力精细化仿真计算任务。
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