冷却剂在星形螺旋燃料组件中的流动与传热特性研究
燃料组件是反应堆设计与安全分析的关键部件之一，其结构及流动传热性能对核电站的安全性、可靠性及经济性至关重要。燃料组件结构设计对棒束通道内的热工水力性能有着重要影响，对冷却剂是否可以安全高效地将热量带离堆芯起关键性作用。星型螺旋燃料组件中燃料棒采用星形螺旋结构，在形成棒束自定位的同时还可增大换热面积，增强通道间能量交换。了解星型螺旋结构对棒束通道内流动与传热特性的影响规律，是开发新型高效燃料组件的重要基础。 本文对国内外压水堆燃料组件结构及热工水力性能的相关进展研究进行总结分析，在此基础上针对当前存在问题，提出了本文研究的主要内容。本文采用数值模拟方法，选用SSTk-ω湍流模型对冷却剂在星形螺旋燃料组件中的流动与传热特性进行数值模拟，研究了星形螺旋结构对流动传热特性的作用规律，进一步探究了雷诺数及燃料棒螺距对燃料组件热工性能的影响，最后对比分析了两种燃料棒布置方式(正方形布置和正六边形布置)对流动传热的影响。 研究结果表明:星形螺旋结构会诱导横向速度产生，增大棒束通道中的搅混强度，提升传热效率;雷诺数对阻力特性和传热特性的影响很大，随雷诺数的增加，通道摩擦阻力系数减小，努塞尔数增大，传热性能增强;燃料棒螺距对流动与传热性能的影响尤为显著，随着螺距的减小，横流强度增大，棒束通道努塞尔数增大，搅浑及传热性能增强;六边形通道中冷却剂速度分布与温度分布均匀性更高，热工水力性能优异。 通过对冷却剂在星形螺旋燃料组件中的流动与传热过程进行研究，了解了燃料组件的流动特性、阻力特性和传热特性，探究了入口参数、结构参数及棒束布置方式对上述性能的影响，进一步分析了燃料组件结构对压水堆安全稳定高效运行的重要性，本研究为核反应堆中新型高效燃料组件设计提供了一定的理论依据。
压水堆;星形螺旋;燃料组件;流动特性;传热特性;数值模拟
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
卢涛
2021
中文
TL421.1;TL352
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）