定位格架对燃料组件流动传热影响的数值模拟研究

摘要

定位格架是反应堆燃料组件的重要部件，影响着堆芯的热工水力性能。开发自主知识产权的燃料组件需深入了解定位格架对热工水力特性的影响，相比于周期长、费用高的实验研究，CFD模拟已成为安全、快速的重要设计辅助手段之一，应用CFD进行燃料组件内定位格架对流动传热特性的影响分析具有重要工程价值和意义。
　　论文首先对国内外研究燃料组件内流动传热特性的相关文献进行了总结分析，针对目前研究进展确定了本文研究内容。首先是对燃料组件数值分析方法的探讨，包括CFD分析所用到的几何模型简化，网格划分方法及网格敏感性分析。其次是湍流模型对燃料组件流动与传热特性的影响，包括涡粘和雷诺应力两大类6种典型。在此基础上，探讨格架特征结构和搅混翼结构对燃料组件流动传热特性的影响。
　　根据上述研究内容，论文共建立了三种计算模型，包括单跨弹簧刚突模型、单跨简化模型及多跨模型。在对格架几何模型进行合理有效的简化后，利用ICEM软件生成了计算网格，通过Ansys CFX软件获得了棒束通道内的流场分布特征、压力损失及换热特性等结果，并通过引入三个无量纲因子:涡流搅混因子、交叉流搅混因子以及湍流强度因子，进一步描述了棒束通道内的复杂流场特性;并通过与相近实验的对比，得到了适用于分析带有格架的棒束通道内流动传热特性的湍流模型。在格架结构对流动传热影响的分析中，发现弹簧刚突结构可强化冷却剂的横向流动，利于换热，同时也增加了压力损失;多跨模型计算结果则得到了流体流经多层格架时的全程流动换热特性。在搅混翼结构的影响分析中，分别讨论了搅混翼折弯角度的影响及两种典型搅混翼结构对流场的影响。论文研究成果为通过CFD方法开发自主知识产权的燃料组件提供了完善的技术支撑及数据参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 典型定位格架结构设计

1．2．2 燃料组件流动传热实验方法研究

1．2．3 燃料组件流动传热数值方法研究

1．2．4 搅混翼结构优化设计

1．3 本文主要研究内容

2 数值分析模型

2．1 引言

2．2 控制方程

2．3 几何模型

2．3．1 条带简化

2．3．2 单跨格架几何模型

2．3．3 多跨格架几何模型

2．4 网格划分及敏感性分析

2．4．1 单跨格架网格划分

2．4．2 多跨格架网格划分

2．4．3 网格敏感性分析

2．5 实验验证模型

2．6 小结

3 湍流模型影响分析

3．1 引言

3．2 湍流基本方程

3．2．1 涡粘模型

3．2．2 雷诺应力模型

3．3 求解设置

3．4 结果分析

3．4．1 分析方法

3．4．2 沿程压降分析

3．4．2 搅混特性分析

3．4．3 换热特性分析

3．5 小结

4 格架结构影响分析

4．1 引言

4．2 单跨格架弹簧刚突影响分析

4．2．1 模型求解设置

4．2．2 流场特性分析

4．2．2 流动损失及换热特性分析

4．3 多跨格架

4．3．1 模型求解设置

4．3．2 流场特性分析

4．3．3 流动损失及换热特性分析

4．4 小结

5 搅混翼结构影响分析

5．1 引言

5．2 搅浑翼几何模型

5．3 折弯角度影响分析

5．3．1 流场特性分析

5．3．2 流动损失及换热特性分析

5．3．3 搅混特性分析

5．4 搅混翼形状影响分析

5．4．1 流场特性分析

5．4．2 流动损失及换热特性分析

5．4．3 搅混特性分析

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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