绕丝组件内流动与传热数值模拟
整个世界面临着严峻的挑战:急需一种可靠的、可持续性的且经济合理的能源,许多国际研究组织的学者认为液态金属冷却的快堆系统在解决燃料供给和乏燃料处理方面起着重要的作用。与压水堆内的燃料棒排列方式所不同,为了充分利用钠优良的传热特性,快堆内的燃料棒呈三角形排列,组件具有更高的热流密度。由于排列方式十分紧密,故采用绕丝螺旋缠绕燃料棒的方式代替定位格架,这使得流体的流动变得更加复杂。考虑到使用金属液态钠进行实验的困难性,使得计算流体动力学方法成为必要手段。 本文以中国实验快堆的燃料组件为研究对象,对绕丝棒束组件内的流动换热过程进行了模拟。首先解决了几何建模和网格划分过程中的一些问题,建立了计算数值模型;然后对比分析了两种不同的湍流模型在一系列雷诺数下的模拟结果,并将所得结果与经验关系式进行验证。接着分析了不同棒数绕丝组件的速度场、温度场及燃料棒表面最高温度。最后通过分析绕丝的结构参数,说明了绕丝对组件流场的影响。 结果表明:各湍流模型模拟结果较为相似,所得无量纲参数与已知关系式结果符合较好。不同棒数的绕丝组件内的速度、压力以及温度分布具有相同规律,但随着燃料棒数的增多,整个流场横向流动得到了加强,同时也增加了流场的不均匀性。尽管本文选用了最热组件盒的热流密度,不同棒数组件的燃料棒表面最高温度仍未超过设计限值。绕丝结构参数的分析结果表明,绕丝在流场中起着搅混冷却剂,均匀温度场的作用。 本研究对快堆堆芯内完整组件的液态金属流动换热过程的模拟有一定借鉴意义。
绕丝组件;对流换热;周期性边界;数值模拟
哈尔滨工程大学
硕士
核能科学与工程
曾和义
2013
中文
TL333
76
2014-04-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）