由于矩形冷卻通道具有很大的長寬比,冷卻劑中異物在長期運行過程中在矩形冷卻通道內逐漸累積,會使流通面積減小導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與換熱特性基礎上,選取合適的過冷沸騰特性數(shù)學物理模型,并采用RELAP5程序計算結果對比驗證了數(shù)學物理模型的適用性。對堵流工況下運行壓力、入口過冷度、功率密度、功率分布、入口不加熱段長度等重要運行參數(shù)進行敏感性分析,研究其對溫度分布以及空泡份額的影響。結果發(fā)現(xiàn)改變功率分布對于堵流后果的影響最顯著,對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稱功率分布,而且在對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冷卻劑峰值溫度相對非對稱分布高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。 

【文章來源】：核科學與工程. 2020,40(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

計算對象幾何模型

圖1 計算對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進行網(wǎng)格劃分，由于計算域本身的幾何結構非常簡單規(guī)整，故統(tǒng)一采用非結構化的六面體網(wǎng)格，即可獲得極高的網(wǎng)格質量。這對于后續(xù)的計算求解過程是非常有利的。在燃料組件的入口、出口以及近壁面處流動過程可能會發(fā)生劇烈的變化，為了較為準確地評估這些變化對于流場以及溫度場的影響，在燃料組件的入口、出口附近以及近壁面處均進行了網(wǎng)格加密。

針對與CFD計算相同的5塊平行板組成的組件，在冷卻劑流道無堵塞的條件下，采用SCDAP/RELAP MOD3.4程序計算了窄矩形通道內冷卻劑流動與換熱的情況，對CFD模型進行了驗證。燃料組件與冷卻劑之間換熱采用默認的對流換熱關系式。如圖3所示兩種計算方法下描述了冷卻劑、包殼和燃料軸向溫度分布的比較。溫度分布存在細微差異，但是CFD模擬結果與RELAP5計算結果曲線走勢基本一致，可以說明CFD模擬結果的正確性和準確性。計算結果表明冷卻劑沿軸向單調上升，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）溫度分布對比，結果表明，CFD模擬結果與RELAP5計算結果符合較好。


本文編號：3118079