【摘要】：燃料組件是反應(yīng)堆內(nèi)的核心部件,其熱工水力性能直接影響著核電廠的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。定位格架是燃料組件骨架重要的組成部分,其結(jié)構(gòu)特性對棒束通道的流場和溫度場起著決定性作用。定位格架上通常加裝攪混翼以引導(dǎo)冷卻劑產(chǎn)生橫向流動,促進(jìn)冷卻劑攪混,改善燃料組件換熱,因此含有攪混翼棒束通道的熱工水力特性一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。以實驗的方式研究,難以還原壓水堆內(nèi)高溫高壓的環(huán)境,數(shù)值模擬作為一種具有安全、成本低、研究周期短等優(yōu)勢的設(shè)計工具恰好可以彌補實驗研究的不足,利用CFD模擬研究棒束通道的熱工水力特性具有很高的工程價值。本文首先利用Solidworks三維建模軟件對棒束、定位格架、攪混翼等構(gòu)件分別建模而后將實體進(jìn)行裝配。采用ICEM CFD軟件利用混合網(wǎng)格的劃分技術(shù)對流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性檢驗。隨后通過將計算所得格架下游的橫向、軸向速度分布、沿程旋流因子及Nu數(shù)的波動與實驗數(shù)據(jù)對比,驗證CFD模型的可靠性,并選出最合適的湍流模型。然后采用CFD方法比較分析了攪混翼的偏折角、長度、間距及排布對棒束通道的熱工水力特性的影響,最后對比分析了加設(shè)周期性邊界條件的四通道模型和5×5模型的流場和溫度場,分析了周期性邊界條件用于簡化數(shù)值模擬中棒束規(guī)模的合理性,并比較了不同位置子通道的熱工水力特性。通過對數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行比較分析得出以下結(jié)論:通過與實驗數(shù)據(jù)的比較,CFD模型得到了驗證,并且和前人計算的結(jié)果相比,本文計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)更加貼近。與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和雷諾應(yīng)力模型相比,SST k-ω模型在反映棒束通道內(nèi)的熱工水力特性時更為準(zhǔn)確;攪混翼偏折角的改變會對棒束通道流場、壓降和換熱能力有很大的影響,而攪混翼長度的變化則影響甚微;增大偏折角會使換熱得到明顯改善,但卻要以增加壓降作為代價;攪混翼長度增加,壓降稍有增加,換熱也稍有改善;攪混翼間距改變,壓降變化不大,棒束通道流場發(fā)生明顯變化,同時間距的增加也會改善棒束通道換熱;攪混翼排布方式發(fā)生改變,流場發(fā)生顯著變化,各排布壓降相差不大,其中交替排布的換熱性能最好;將周期性邊界條件用于簡化棒束規(guī)模的計算中有一定的合理性,但計算結(jié)果與5×5棒束通道模型存在差異。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL352
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文簧剛凸等夾持部件，僅保留格架和典型撕裂型攪混翼（split vane），完整定位格架圖片和簡化后的定位格架模型如圖 2.1 所示。棒束在加裝定位格架后，流道結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，直接構(gòu)建外流體域模型十分困難，故先構(gòu)建實體，再進(jìn)行外流域抽取。本文利用 SolidWorks 軟件構(gòu)建燃料棒、攪混翼和格架等實體，燃料棒采用拉伸凸臺構(gòu)建，格架采用拉伸凸臺、拉伸切除功能構(gòu)建，攪混翼采用基體法蘭、繪制的折彎構(gòu)建。將構(gòu)建好的實體裝配好后導(dǎo)入 ANSYS Workbench 中的Design Modeler 軟件中利用 Enclosure 功能進(jìn)行流體域的抽取以獲得所需的外流體域。

（a）完整定位格架圖片 （b）簡化后定位格架模型圖 2.1 定位格架示意圖2.2.2 單跨格架幾何模型單跨格架的幾何模型為僅加裝一層定位格架的棒束通道模型，用于不加熱實驗驗證與探究攪混翼結(jié)構(gòu)參數(shù)與排布方式的影響這兩個部分。此模型采用 5×5 棒束結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)尺寸參照 Karoutas[16]實驗，燃料棒的棒直徑為 9.5mm，棒間距為 12.7mm，定位格架的每一內(nèi)條帶上沿交叉點皆布置一對向相反方向偏折一定角度的攪混翼，實驗中所用格架的最外沿沒有加裝交混翼，條帶寬 40mm，厚度為 0.48mm，流體域整體尺寸為 68mm×68mm×660mm

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張家驊 ,陳裕達(dá) ,季德官 ,趙翠峨 ,朱貴良 ,任熾玉;秦山核電廠壓水堆燃料組件定位格架設(shè)計[J];核動力工程;1988年04期

2 夏成烈;鎳基合金定位格架制造[J];中國核科技報告;1989年00期

3 夏成烈;鎳基合金定位格架制造[J];中國核科技報告;1989年S3期

4 陳明星,許國華,賈桂英;定位格架對再淹沒傳熱的影響[J];原子能科學(xué)技術(shù);1989年05期

5 王小軍,陳炳德,黃彥平,熊萬玉;棒束定位格架空氣-水兩相分布數(shù)值模擬[J];核動力工程;2003年04期

6 何家勝;;300MW定位格架柵元夾持力自動測量[J];計量與測試技術(shù);2016年11期

7 張小英;孫慶友;喬磊;盧冬華;文青龍;;全結(jié)構(gòu)的5×5定位格架及棒束通道的三維流場分析[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年12期

8 王為術(shù);許鵬;徐維暉;朱曉靜;畢勤成;;超臨界水冷反應(yīng)堆內(nèi)帶定位格架的類三角形堆芯通道流動傳熱特性研究[J];核科學(xué)與工程;2018年05期

9 許誼蘭,鄭志輝,鄢利偉,王喜和;17×17定位格架剛凸高度差值測量裝置及測量方法[J];中國核科技報告;2000年00期

10 許誼蘭,鄭志輝,鄢利偉,王喜和;17×17定位格架剛凸高度差值測量裝置及測量方法[J];中國核科技報告;1999年S4期

相關(guān)會議論文 前10條

1 蘇建科;譚思超;張立鑫;黃云龍;李興;;含定位格架棒束通道壓力場的數(shù)值研究[A];第十五屆全國反應(yīng)堆熱工流體學(xué)術(shù)會議暨中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點實驗室學(xué)術(shù)年會論文集[C];2017年

2 仇子鋮;劉文興;郎雪梅;;定位格架附近單個氣泡運動特性可視化實驗研究[A];第十五屆全國反應(yīng)堆熱工流體學(xué)術(shù)會議暨中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點實驗室學(xué)術(shù)年會論文集[C];2017年

3 王丹;;一種大倒角定位格架夾持力測量傳感器的設(shè)計[A];四川省機(jī)械工程學(xué)會第三屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2018年

4 田瑞峰;毛曉輝;王小軍;;湍流模型在定位格架棒束通道流動的數(shù)值研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報告——中國核學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集（第一卷·第3冊）[C];2009年

5 呂玉鳳;陳玉宙;段明慧;趙民富;張東旭;;再淹沒傳熱試驗數(shù)據(jù)分析及模型評價[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報告（第五卷）——中國核學(xué)會2017年學(xué)術(shù)年會論文集第10冊（核測試與分析分卷、核安全分卷）[C];2017年

6 馬玉琢;黃美;;含定位格架燃料棒束熱流固耦合分析[A];北京力學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會會議論文集[C];2019年

7 李永輝;陳明輝;趙茁;厲日竹;;套管式換熱器的阻力特性試驗研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報告——中國核學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集（第一卷·第3冊）[C];2009年

8 米爭鵬;譚思超;李興;黃云龍;蘇建科;;棒束通道溫度場可視化實驗研究[A];第十五屆全國反應(yīng)堆熱工流體學(xué)術(shù)會議暨中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點實驗室學(xué)術(shù)年會論文集[C];2017年

9 黃及娟;黃美;;攪混翼片對棒束通道流動傳熱影響的數(shù)值模擬[A];北京力學(xué)會第二十三屆學(xué)術(shù)年會會議論文集[C];2017年

10 吳增輝;職政;曲文海;陳仕龍;熊進(jìn)標(biāo);;基于遠(yuǎn)心光路和折射率補償?shù)?×5棒束橫向流場PIV測量[A];第十五屆全國反應(yīng)堆熱工流體學(xué)術(shù)會議暨中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點實驗室學(xué)術(shù)年會論文集[C];2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王燁;壓水堆棒束通道流動與傳熱耦合數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

2 羅騫;帶定位格架燃料棒束通道內(nèi)流動與傳熱特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2014年

3 劉一萌;帶定位格架燃料棒束通道非穩(wěn)態(tài)流動換熱特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

4 楊子樂;定位格架影響壓水堆燃料組件內(nèi)復(fù)雜兩相流動特性的數(shù)值研究[D];重慶大學(xué);2017年

5 崔強(qiáng);帶定位格架的堆芯通道內(nèi)流動傳熱特性研究[D];華北水利水電大學(xué);2017年

6 王瑞奇;基于激光診斷技術(shù)的棒束通道流場研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

7 賈丹丹;超臨界水在大型換熱器中的流動與傳熱強(qiáng)化研究[D];大連理工大學(xué);2015年

8 何斯琪;四棒束超臨界水流動傳熱數(shù)值研究[D];上海交通大學(xué);2013年

9 晁嫣萌;定位格架對燃料組件流動傳熱特性影響的數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學(xué);2015年

10 王嘯宇;基于激光診斷技術(shù)的棒束間流動交混特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

本文編號：2730280