發(fā)布時(shí)間：2021-04-04 12:59

　　由于矩形冷卻通道具有很大的長(zhǎng)寬比,冷卻劑中異物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中在矩形冷卻通道內(nèi)逐漸累積,會(huì)使流通面積減小導(dǎo)致局部冷卻劑的堵流事故,從而威脅燃料元件完整性。本文在充分考慮燃料組件矩形窄通道流動(dòng)與換熱特性基礎(chǔ)上,選取合適的過(guò)冷沸騰特性數(shù)學(xué)物理模型,并采用RELAP5程序計(jì)算結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)學(xué)物理模型的適用性。對(duì)堵流工況下運(yùn)行壓力、入口過(guò)冷度、功率密度、功率分布、入口不加熱段長(zhǎng)度等重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,研究其對(duì)溫度分布以及空泡份額的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)改變功率分布對(duì)于堵流后果的影響最顯著,對(duì)稱的功率分布輸入下燃料元件的釋熱效果明顯好于其他兩種非對(duì)稱功率分布,而且在對(duì)稱功率分布下堵塞流道冷卻劑的局部溫度峰值也有所提高,余弦分布形式下堵塞通道內(nèi)冷卻劑峰值溫度相對(duì)非對(duì)稱分布高10K左右。余弦分布和功率峰偏上分布形式下,堵塞通道內(nèi)冷卻劑發(fā)生局部沸騰,空泡份額分別為0.12和0.009。 

【文章來(lái)源】：核科學(xué)與工程. 2020,40(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算對(duì)象幾何模型

圖1 計(jì)算對(duì)象幾何模型流體域與固體域統(tǒng)一采用ANSYS軟件包中的ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于計(jì)算域本身的幾何結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單規(guī)整，故統(tǒng)一采用非結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格，即可獲得極高的網(wǎng)格質(zhì)量。這對(duì)于后續(xù)的計(jì)算求解過(guò)程是非常有利的。在燃料組件的入口、出口以及近壁面處流動(dòng)過(guò)程可能會(huì)發(fā)生劇烈的變化，為了較為準(zhǔn)確地評(píng)估這些變化對(duì)于流場(chǎng)以及溫度場(chǎng)的影響，在燃料組件的入口、出口附近以及近壁面處均進(jìn)行了網(wǎng)格加密。

針對(duì)與CFD計(jì)算相同的5塊平行板組成的組件，在冷卻劑流道無(wú)堵塞的條件下，采用SCDAP/RELAP MOD3.4程序計(jì)算了窄矩形通道內(nèi)冷卻劑流動(dòng)與換熱的情況，對(duì)CFD模型進(jìn)行了驗(yàn)證。燃料組件與冷卻劑之間換熱采用默認(rèn)的對(duì)流換熱關(guān)系式。如圖3所示兩種計(jì)算方法下描述了冷卻劑、包殼和燃料軸向溫度分布的比較。溫度分布存在細(xì)微差異，但是CFD模擬結(jié)果與RELAP5計(jì)算結(jié)果曲線走勢(shì)基本一致，可以說(shuō)明CFD模擬結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性。計(jì)算結(jié)果表明冷卻劑沿軸向單調(diào)上升，包殼和燃料的最高溫度并未出現(xiàn)在冷卻劑通道的出口，而是位于中間偏上區(qū)域，這與燃料的功率分布是一致的。此外，整個(gè)通道的燃料溫度最高，冷卻劑溫度最低，這也符合基本的換熱原理。圖4所示為組件橫截面上（垂直于元件厚度方向）溫度分布對(duì)比，結(jié)果表明，CFD模擬結(jié)果與RELAP5計(jì)算結(jié)果符合較好。


本文編號(hào)：3118079