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核能是高效清洁型能源。经过六十余年的发展,其在大型发电技术中的应用日趋成熟。第四代反应堆中的超临界水冷堆与现有的轻水堆相比具有热效率更高、系统更简单、安全性技术继承性较好等特点,因而受到越来越多国家关注。超临界水冷堆堆芯内燃料组件中的定位格架用于固定燃料棒包壳,并减小工质流动过程中产生的燃料棒振动。但定位格架的存在将对堆芯内流体的局部热工水力特性产生影响。设计燃料组件则需要深入了解这种影响。针对超临界水冷堆堆芯的试验研究受到高温、高压等条件的限制,实验成果较少,实验数据相对缺乏。而数值模拟作为一种辅助设计手段,具有方便、安全、快速、耗费小等特点。采用CFD模拟分析超临界水冷堆堆芯内定位格架对子通道内流体流动换热特性的影响具有重要意义。 本文针对超临界水冷堆堆芯内工质在大比热区的流动及换热展开研究。采用SSG雷诺应力模型配合自动壁面函数作为湍流模型,并对此湍流模型进行验证。利用结构化网格离散计算区域。 对有格架和无格架两类子通道进行模拟及对比分析。从温度的横向及纵向分布、二次流分布、涡的形成及变化、压降、浮升力及加速度等多方面分析大比热区内交错叶片型定位格架的作用效果。结果表明,定位格架能够显著增强其内部及下游不同区域间流体的相互交混。子通道内的湍流流动具有强烈的周向不均匀性,使相应的压力及温度分布不均匀,增强了格架内部及下游的局部换热。包壳最高温度出现的位置不再为窄缝区,而是出现在-10°位置附近。交错叶片的导流作用使其下游速度分布及压力场发生变化,产生较强的横向二次流。进而在不同横向位置形成种类不同的漩涡。漩涡间的相对移动影响子通道内流体换热。交错叶片型定位格架对其下游的浮升力及加速度有一定影响,但总体来说,计算工况下浮升力及加速度均较小,对子通道内超临界水的流动和换热的作用可忽略不计。