格架间隙堵塞效应的两相流研究

摘要

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，燃料组件的流场特性对于系统的正常运行影响巨大。同时由于燃料组件流场的实验装置花费巨大，结构复杂，当前广泛采用CFD方法对其流场特性进行研究。
　　本文采用ANSYS软件对燃料棒棒束四分之一有格架通道同时有污垢堵塞的汽液两相流流动与传热特性进行了研究。通过建立燃料棒束四分之一通道的三维数值模型，分析通道内不同污垢厚度、不同污垢导热率对通道内温度分布、燃料棒壁面温度、汽液两相流截面含气率和壁面换热系数等参数的影响。
　　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。对四分之一棒束通道三维流场及湍流特征的CFD分析结果为反应堆安全稳定运行提供基础数据，同时对燃料组件定位格架的结构设计和热工水力设计具有重要指导意义，主要工作及结论如下:
　　1.完成了研究方法的科学性分析，对比了行业内已成熟的实验结果，验证了本文所用到的数值模拟方法的适用性和科学性，包括传热模型、两相流模型、能量方程、动量方程的应用。
　　2.创建六面体结构化网格，完成了网格无关解的对比，确保网格质量对计算结果的可靠性。通过比较同一工况、同一通道、同一参数的条件下不同网格数对结果的影响，得出网格无关解，即最适网格数在130w左右。
　　3.研究同一污垢厚度时不同污垢导热率对通道含气率、包壳壁面温度、壁面换热系数的影响。
　　4.研究同一污垢导热率时不同污垢厚度对通道含气率、包壳壁面温度、壁面换热系数的影响。
　　研究结果表明，本研究的热流密度还没有达到临界热流密度条件，没有出现蒸干的现象。随着污垢厚度的增加，壁面换热系数迅速降低，与此同时，包壳表面温度快速增大。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 燃料棒束通道流场的实验研究

1．2．2 燃料棒束通道流场的CFD数值模拟研究

1．3 本文主要研究内容

第二章 气液两相流数值模拟理论介绍

2．1 计算流体力学(CFD)概述

2．1．1 CFD简介

2．1．2 CFD工作流程

2．2 ICEM常用网格类型

2．3 数值解法简介

2．3．1 有限差分法

2．3．2 有限元法

2．3．3 有限体积法

2．4 求解模式和算法

2．5 常用湍流模型

2．5．1 标准κ-ε模型

2．5．2 SST κ-ω模型

2．6 收敛判据

2．7 本章小结

第三章 通道CFD模型的建立和计算方法

3．1 压水堆燃料组件结构介绍

3．2 研究方法验证

3．2．1 实验回路及实验段

3．2．2 数值模拟计算

3．2．3 数值模拟结果与实验结果对比

3．3 本文研究模型的建立

3．3．1 几何模型

3．3．2 数学模型

3．3．3 壁面沸腾模型

3．3．4 湍流模型

3．4 网格划分

3．4．1 网格结构

3．4．2 网格敏感性分析

3．5 边界条件

3．6 求解条件

3．6．1 流体域求解条件设置

3．6．2 固体域求解条件设置

3．6．3 其他求解控制参数

3．7 计算结果后处理

3．8 本章小结

第四章 计算结果分析

4．1 最恶劣工况结果分析

4．2 污垢导热率的影响

4．2．1 污垢导热率对含气率的影响

4．2．2 污垢导热率对固体壁面温度的影响

4．2．3 污垢导热率对壁面换热系数的影响

4．3 污垢厚度的影响

4．3．1 污垢厚度对气相体积分数的影响

4．3．2 污垢厚度对固体壁面温度的影响

4．3．3 污垢厚度对壁面换热系数的影响

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢