TOPAZⅡ是用于為空間探索提供動(dòng)力的一種反應(yīng)堆,TOPAZⅡ堆本體內(nèi)涉及液態(tài)鈉鉀合金流動(dòng),流體和冷卻劑套管之間的換熱、堆本體零部件的固體導(dǎo)熱,反射層外壁面與外界的輻射換熱等問題,本文利用計(jì)算流體力學(xué)程序CFX對(duì)TOPAZⅡ反應(yīng)堆堆本體流固共軛傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬,數(shù)值模擬計(jì)算得到了全堆芯的流量分配數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)表明各通道流量分配因子偏差非常小;得到了活性區(qū)環(huán)形通道的壁面摩擦系數(shù),摩擦系數(shù)反映了壓降與流量的關(guān)系,與經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算得到的摩擦系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比,額定流量下的數(shù)值結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的偏差不到5%;數(shù)值模擬得到的努賽爾數(shù)與已發(fā)表的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了比較,最大偏差小于1%,驗(yàn)證了液態(tài)鈉鉀合金環(huán)管內(nèi)的流動(dòng)與換熱數(shù)值模擬的可靠性與準(zhǔn)確性。計(jì)算得到了詳細(xì)的活性區(qū)慢化劑、端部鈹反射層、側(cè)鈹反射層等的溫度分布,所獲得的計(jì)算結(jié)果可以為力學(xué)分析提供設(shè)計(jì)依據(jù)。 

【文章來源】：核科學(xué)與工程. 2020,40(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

TOPAZ-Ⅱ反應(yīng)堆本體（停堆狀態(tài)）

以圖2所示的TOPAZ-Ⅱ反應(yīng)堆轉(zhuǎn)換器為對(duì)象，可以采用分區(qū)的方法進(jìn)行網(wǎng)格化法，上下上腔室分別為一個(gè)區(qū)域，中間37個(gè)冷卻通道為第三個(gè)區(qū)域，中間的冷卻通道區(qū)域兩段分別用交界面與上腔室下柵格板、下腔室上柵格板相連。冷卻劑上下腔室區(qū)域生成7層附面層貼壁網(wǎng)格。冷卻劑周圍的主要固體區(qū)域之間在區(qū)域設(shè)置上相互獨(dú)立，以便靈活地的進(jìn)行網(wǎng)格控制，固體區(qū)域在相貼的壁面上用交界面進(jìn)行連接，用于數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)熱傳導(dǎo)傳遞數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)目的敏感性方面，共劃分了四套網(wǎng)格（見表2）進(jìn)行計(jì)算，選擇流體域NaK合金的最高溫度和固體域慢化劑塊的最高溫度進(jìn)行比較，從表中可以看出，網(wǎng)格總數(shù)在300萬～400萬的三套網(wǎng)格計(jì)算得到NaK合金最高溫度、慢化劑最高溫度之間的差距不到1℃，滿足網(wǎng)格獨(dú)立性的要求，后續(xù)給出的分析均為基于第四套網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果，第四套網(wǎng)格中具體的網(wǎng)格數(shù)目組成包括：流體域NaK合金2 802 616單元數(shù)；二氧化碳修補(bǔ)氣體區(qū)域319 088單元數(shù)；慢化劑及端部鈹反射層區(qū)域361 767單元數(shù)；側(cè)鈹反射層區(qū)域301203單元數(shù)；碳化硼吸收體區(qū)域54 096單元數(shù)；控制鼓體區(qū)域180 516單元數(shù)。1.3 材料物性

從表2可以得到NaK的Pr隨著溫度的變化曲線及擬合函數(shù)如圖3所示，在高溫區(qū)750～950K范圍內(nèi)，Pr在0.006左右，非常低的Pr意味著分子熱傳導(dǎo)在整個(gè)傳熱過程中占據(jù)著較大的比重。CFX前處理器提供了多種湍流模型，如常見的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、k-ω、SSTk-ω等雷諾平均納維斯托克斯渦粘模型（RANS),CFX前處理器中用自動(dòng)近壁面處理方法（即壁面函數(shù)）對(duì)湍流流動(dòng)中的近壁面的流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，而不需要精細(xì)化貼壁網(wǎng)格，在無量綱距離y+<300情況下，壁面函數(shù)均有效，且對(duì)y+沒有最小值要求。表4為額定流量下部分?jǐn)?shù)值結(jié)果針對(duì)湍流模型的敏感性，從中可以看出，三種常見的湍流模型得到的溫度值相互之間的差距僅為0.2，但在反應(yīng)流動(dòng)和換熱的特性數(shù)據(jù)來看，SST總體上更為接近經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式得到的值（見后文表5、表6）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3431422