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反應堆子通道內超臨界水流動傳熱特性數值模擬研究

發(fā)布時間:2017-04-06 04:13

  本文關鍵詞:反應堆子通道內超臨界水流動傳熱特性數值模擬研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【摘要】:超臨界水冷反應堆(Supercritical Water Cooled Reactor,SCWR)是六種第四代未來堆芯中唯一的水冷堆。SCWR通道獨特而復雜,承受兆瓦級高熱流密度和強核熱反饋。由于受到高溫高壓等試驗技術的限制,采用數值模擬的方法對反應堆子通道在超臨界壓力下傳熱特性深入分析成為一種有效方式。以反應堆棒束子通道為研究對象,在壓力23~28 MPa,熱流密度200~1000 kW/m2,質量流速700~1300 kg/(m2·s),加熱管外徑8 mm,柵距比1.2~1.4的參數范圍內,采用計算流體力學軟件CFX 14.0,對反應堆棒束子通道內超臨界水傳熱特性及二次流動特性進行數值模擬研究。通過對模擬結果與經驗關聯式預測值的分析,驗證使用的物理模型及數值方法的合理性。同時將數值模擬結果與試驗數據及經驗關聯式進行了對比分析。對反應堆棒束子通道模型進行湍流模型驗證及網格敏感性分析,確定SSG湍流模型模擬子通道內超臨界水傳熱特性。建立子通道窄縫區(qū)物理模型,經湍流模型驗證及網格敏感性分析確定SSG湍流模型模擬子通道窄縫區(qū)內超臨界水二次流動特性。對子通道內超臨界水流動傳熱特性進行數值模擬研究。詳細分析了質量流速、壓力、熱流密度以及柵距比對傳熱特性的影響。同時對子通道內中心區(qū)和窄縫區(qū)傳熱不均勻性進行研究。研究結果表明,質量流速增加,強化傳熱增強。大比熱區(qū)物性的劇烈變化引起了傳熱強化,在遠離臨界壓力時,流體的熱物性變化趨于平緩,傳熱強化降低。在較高質量流速下中心區(qū)與窄縫區(qū)傳熱系數差值高于在較低質量流速下的差值。隨著柵距比的增加,子通道周向壁溫分布趨于均勻,中心主流區(qū)與窄縫區(qū)換熱系數差值減小。對子通道窄縫區(qū)二次流動特性進行數值研究。研究結果表明,子通道在與主流區(qū)垂直方向形成了明顯的二次流場,二次流由位于中心主流區(qū)和窄縫區(qū)之間的4個對稱漩渦組成。壓力、熱流密度和質量流速對擬臨界區(qū)二次流結構影響不大,但對二次流流場的強度有較大影響。隨著壓力和質量流速的增加以及熱流密度的降低、均會使擬臨界區(qū)二次流流速與主流速度的比值逐漸升高。將數值模擬結果與試驗結果及經驗關聯式預測值對比分析,結果表明,數值模擬與試驗數據得到的內壁溫度與傳熱系數變化趨勢一致。在遠離大比熱區(qū)的低焓值區(qū)和高焓值區(qū),數值模擬的結果能夠很好地預測超臨界水在子通道內的傳熱特性。但大比熱區(qū)劇烈的物性變化,數值模擬結果與經驗關聯式預測值有一定偏差。本研究得到了國家自然基金(NO.51406026)和河南省高校創(chuàng)新人才計劃(NO.2012HASTIT018)的資助。
【關鍵詞】:超臨界壓力水 子通道 窄縫區(qū) 傳熱特性 二次流
【學位授予單位】:華北水利水電大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:TK124
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 符號說明9-10
  • 1 緒論10-18
  • 1.1 研究背景10-11
  • 1.2 研究目的及其意義11-12
  • 1.3 國內外研究現狀12-15
  • 1.3.1 超臨界流體試驗研究現狀12-14
  • 1.3.2 超臨界流體數值模擬研究現狀14-15
  • 1.4 研究內容15-18
  • 2 超臨界水傳熱數值模擬方法18-26
  • 2.1 數值傳熱簡介18-21
  • 2.1.1 控制方程組18-19
  • 2.1.2 數值方法簡介19-21
  • 2.2 湍流模型分類21-24
  • 2.3 CFX軟件介紹24-25
  • 2.4 小結25-26
  • 3 反應堆棒束子通道流動傳熱模擬模型及敏感性26-34
  • 3.1 棒束子通道模型26-29
  • 3.1.1 物理模型及網格劃分26-27
  • 3.1.2 湍流模型選擇27-28
  • 3.1.3 網格敏感性分析28-29
  • 3.1.4 邊界條件設置29
  • 3.1.5 模擬工況29
  • 3.2 子通道窄縫區(qū)模型29-32
  • 3.2.1 物理模型及網格劃分29-30
  • 3.2.2 湍流模型選擇30-31
  • 3.2.3 網格敏感性分析31
  • 3.2.4 邊界條件及模擬工況31-32
  • 3.3 超臨界水物性變化32
  • 3.4 小結32-34
  • 4 反應堆棒束子通道內傳熱特性34-48
  • 4.1 傳熱特性影響規(guī)律34-41
  • 4.1.1 質量流速的影響34-36
  • 4.1.2 壓力的影響36-37
  • 4.1.3 壁面熱流密度的影響37-39
  • 4.1.4 柵距比的影響39-41
  • 4.2 傳熱周向分布不均勻性分析41-47
  • 4.2.1 質量流速的影響44-45
  • 4.2.2 壓力的影響45-46
  • 4.2.3 壁面熱流密度的影響46-47
  • 4.3 小結47-48
  • 5 反應堆棒束子通道內二次流特性48-58
  • 5.1 二次流流態(tài)分析48-51
  • 5.2 二次流特性影響規(guī)律51-56
  • 5.2.1 質量流速的影響51-53
  • 5.2.2 壓力的影響53-54
  • 5.2.3 壁面熱流密度的影響54-56
  • 5.3 小結56-58
  • 6 傳熱特性數據對比58-64
  • 6.1 試驗數據對比分析58-59
  • 6.2 經驗關聯式對比分析59-62
  • 6.3 小結62-64
  • 7 結論與展望64-66
  • 7.1 主要結論64-65
  • 7.2 展望65-66
  • 攻讀學位期間參加的科研項目及發(fā)表的學術論文66-68
  • 致謝68-70
  • 參考文獻70-74

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 李滿昌;王明利;;超臨界水冷堆開發(fā)現狀與前景展望[J];核動力工程;2006年02期

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 李臻洋;超臨界水堆物理熱工程序研究[D];華北電力大學(北京);2011年


  本文關鍵詞:反應堆子通道內超臨界水流動傳熱特性數值模擬研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



本文編號:288257

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