【摘要】：燃料組件是反應堆內的核心部件,其熱工水力性能直接影響著核電廠的安全性、可靠性和經濟性。定位格架是燃料組件骨架重要的組成部分,其結構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冷卻劑產生橫向流動,促進冷卻劑攪混,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外學者研究的熱點。以實驗的方式研究,難以還原壓水堆內高溫高壓的環(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、攪混翼等構件分別建模而后將實體進行裝配。采用ICEM CFD軟件利用混合網格的劃分技術對流體域進行網格劃分,并進行網格無關性檢驗。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)值模擬的結果進行比較分析得出以下結論:通過與實驗數(shù)據的比較,CFD模型得到了驗證,并且和前人計算的結果相比,本文計算結果與實驗數(shù)據更加貼近。與標準k-ε模型和雷諾應力模型相比,SST k-ω模型在反映棒束通道內的熱工水力特性時更為準確;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,但計算結果與5×5棒束通道模型存在差異。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL352
【圖文】：

哈爾濱工程大學碩士學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，流道結構相對復雜，直接構建外流體域模型十分困難，故先構建實體，再進行外流域抽取。本文利用 SolidWorks 軟件構建燃料棒、攪混翼和格架等實體，燃料棒采用拉伸凸臺構建，格架采用拉伸凸臺、拉伸切除功能構建，攪混翼采用基體法蘭、繪制的折彎構建。將構建好的實體裝配好后導入 ANSYS Workbench 中的Design Modeler 軟件中利用 Enclosure 功能進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構參數(shù)與排布方式的影響這兩個部分。此模型采用 5×5 棒束結構，各結構尺寸參照 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

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本文編號：2730280