【摘要】：球床熔鹽堆是固態(tài)燃料熔鹽堆的一種,由于球床幾何形態(tài)復(fù)雜,直接建模形式的計(jì)算機(jī)模擬建模困難、計(jì)算量大,因此在球床堆堆芯熱工水力數(shù)值模擬時(shí)一般使用多孔介質(zhì)模型簡(jiǎn)化等效。多孔介質(zhì)模型將多孔介質(zhì)區(qū)域等效為單相介質(zhì)區(qū)域,在該區(qū)域的動(dòng)量方程中添加附加阻力壓降,在能量方程中使用等效的對(duì)流換熱系數(shù)。而模型中用于計(jì)算附加阻力壓降和對(duì)流換熱系數(shù)的公式都具有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì),且依賴于具體的研究對(duì)象。熔鹽堆目前尚未有公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),也沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)證的相關(guān)公式。本研究使用直接CFD(Computational Fluid Dynamics)建模方法,利用Ansys_Fluent 14.5程序建立了60mm直徑小球的球床模型,采用球殼均勻熱流密度假設(shè),使用對(duì)球床流動(dòng)與換熱模擬具有較好適應(yīng)性的SST湍流模型,模擬了球床內(nèi)的熔鹽流動(dòng)與換熱,得到了流動(dòng)壓降和對(duì)流換熱系數(shù)�；谀M結(jié)果,評(píng)價(jià)已有公式用于計(jì)算球床熔鹽堆堆芯流動(dòng)壓降和對(duì)流換熱系數(shù)的有效性,并對(duì)偏差較大的公式進(jìn)行修正,最終得到了球床中熔鹽流動(dòng)與換熱的等效多孔介質(zhì)模型壓降和對(duì)流換熱系數(shù)公式,為熔鹽堆堆芯熱工水力研究提供參考。研究中首先對(duì)比了球間觸點(diǎn)的兩種處理方法(增加間隙和圓柱橋接)對(duì)球床內(nèi)流動(dòng)與換熱模擬結(jié)果的影響,對(duì)在主流方向包含三個(gè)基本單元的基于FCC排列規(guī)則球床的模擬結(jié)果表明:相鄰小球相切的情況下(點(diǎn)接觸),用于橋接處理的圓柱半徑小于等于6mm時(shí),圓柱對(duì)壓降和換熱系數(shù)影響不大;相鄰小球的間隙大于1mm時(shí),使用圓柱橋接時(shí)的壓降模擬結(jié)果隨著圓柱半徑的增大而不斷增大。對(duì)于規(guī)則球床,建立了一種具有11個(gè)對(duì)稱單元的規(guī)則球床堆積模型,采用增加球間隙的處理方式,模擬了球床中的流動(dòng)與換熱。相對(duì)于熔鹽流動(dòng)壓降模擬結(jié)果,Ergun公式和KTA壓降公式預(yù)測(cè)值均偏大,且偏差均在50%以上。而相對(duì)于對(duì)流換熱模擬結(jié)果:Wakao公式預(yù)測(cè)值偏小,偏差在20%以內(nèi);KTA換熱公式預(yù)測(cè)值偏大,偏差基本在25%左右。最后,利用模擬結(jié)果對(duì)已有公式進(jìn)行了修正,分別得到了修正的等效壓降和換熱系數(shù)公式。對(duì)于隨機(jī)球床,在相切小球間使用6mm半徑小圓柱橋接。相對(duì)于熔鹽流動(dòng)壓降模擬結(jié)果:KTA壓降公式預(yù)測(cè)值偏差在5%以內(nèi);而Ergun公式預(yù)測(cè)值偏大約20%,如需使用該公式形式則需要進(jìn)行修正。對(duì)于熔鹽對(duì)流換熱系數(shù),結(jié)果表明:對(duì)流換熱系數(shù)在球床大部分區(qū)域分布較平均,取該區(qū)域換熱系數(shù)平均值作為參考值,球床壁面區(qū)域偏大約10%,球床中心區(qū)域則偏小12%左右;參考值介于Wakao和KTA換熱公式預(yù)測(cè)值之間,最大偏差都達(dá)到20%。最后,基于對(duì)流換熱系數(shù)結(jié)果對(duì)已有公式進(jìn)行修正,結(jié)果表明KTA形式擬合誤差較小。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL426

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719133