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在压水堆堆芯,燃料组件上都安装了定位格架,其对燃料棒束起到了固定和支撑的同时,也影响着燃料组件的热工水力性能。定位格架一般分为简单格架、不带搅混翼的格架和带搅混翼的格架,由于安装在上面的弹簧、钢凸和搅混翼等部件改变了冷却剂原有的流动方向,使得冷却剂在棒束之间产生了横向流动,强化了冷却剂与燃料棒束之间的换热效率,增强了燃料组件的热工水力性能,但这些细小部件对冷却剂造成流动阻塞,增加了冷却剂的压降。传统上,对于压水堆堆芯棒束通道的数值模拟研究和试验研究,绝大部分都是模拟堆芯高温高压情况下的单相流动换热,对堆芯出现过冷沸腾现象的研究较少。为了提高压水堆的输出功率和安全性能,一些新的改进和设计允许在堆芯内出现少许过冷沸腾的两相流动换热,为此展开燃料棒束在流动过冷沸腾工况下的数值研究,可以在为以后相关研究提供参考的同时节省研究开销。
首先,本文在基于欧拉—欧拉两流体六方程模型下,对圆管和PSBT国际基准题试验中的单通道流动过冷沸腾两相换热试验进行数值计算,通过对比试验测量数据与计算结果验证了数值计算的可靠性。其次,运用建模软件SolidWorks建立了合理简化后的带定位格架棒束通道模型,用ICEMCFD网格划分软件对模型进行网格划分,将划分后的网格做一个无关性验证,选出合理的网格划分尺寸,在计算精度满足要求的情况下尽量节省一些不必要的计算开销。最后,采用计算流体力学(CFD)的方法研究不同搅混翼折弯角度对燃料组件换热性能的影响,通过对数值计算结果的分析对比发现,当搅混翼角度为30°时得综合效果最好。在此基础上,分析研究弹簧、钢凸和不同搅混翼排布方式对棒束通道的流动换热影响,弹簧和钢凸的存在增大了棒束通道的压降,但对冷却剂的横向搅混更加充分,强化了换热效率,使得空泡份额变小,其中钢凸的效果最为明显,搅混翼不同的排布方式直接影响了空泡份额在空间位置上的分布,靠近格架的下游,空泡团分布在搅混翼折弯方向的翼尖周围,中心棒束壁面温度峰值的径向位置偏移较大。在实际堆芯中的燃料组件,不同位置处或同一根燃料组件棒束不同高度的功率分布不同,由于本次数值研究仅针对单个带搅混翼的定位格架,对于棒束功率的设置,研究搅混翼不同折弯角度时设置了三个径向功率分布不同的工况,其他情况下的轴向和径向功率分布都为均匀分布,分析得出,单根棒束功率的变化仅会影响其周围子通道内的空泡份额值,压降随着空泡份额的增加而增加。
首先,本文在基于欧拉—欧拉两流体六方程模型下,对圆管和PSBT国际基准题试验中的单通道流动过冷沸腾两相换热试验进行数值计算,通过对比试验测量数据与计算结果验证了数值计算的可靠性。其次,运用建模软件SolidWorks建立了合理简化后的带定位格架棒束通道模型,用ICEMCFD网格划分软件对模型进行网格划分,将划分后的网格做一个无关性验证,选出合理的网格划分尺寸,在计算精度满足要求的情况下尽量节省一些不必要的计算开销。最后,采用计算流体力学(CFD)的方法研究不同搅混翼折弯角度对燃料组件换热性能的影响,通过对数值计算结果的分析对比发现,当搅混翼角度为30°时得综合效果最好。在此基础上,分析研究弹簧、钢凸和不同搅混翼排布方式对棒束通道的流动换热影响,弹簧和钢凸的存在增大了棒束通道的压降,但对冷却剂的横向搅混更加充分,强化了换热效率,使得空泡份额变小,其中钢凸的效果最为明显,搅混翼不同的排布方式直接影响了空泡份额在空间位置上的分布,靠近格架的下游,空泡团分布在搅混翼折弯方向的翼尖周围,中心棒束壁面温度峰值的径向位置偏移较大。在实际堆芯中的燃料组件,不同位置处或同一根燃料组件棒束不同高度的功率分布不同,由于本次数值研究仅针对单个带搅混翼的定位格架,对于棒束功率的设置,研究搅混翼不同折弯角度时设置了三个径向功率分布不同的工况,其他情况下的轴向和径向功率分布都为均匀分布,分析得出,单根棒束功率的变化仅会影响其周围子通道内的空泡份额值,压降随着空泡份额的增加而增加。