【摘要】：定位格架是燃料組件中重要部件之一,它能夠支撐燃料棒束,并提高組件熱工水力性能。因此,對(duì)其進(jìn)行流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬有重要意義。本文建立了 5×5帶定位格架的燃料棒束通道模型,利用ANSYS CFX 16.0軟件對(duì)其展開(kāi)流動(dòng)傳熱模擬計(jì)算。首先,根據(jù)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,探討了幾種不同的湍流模型對(duì)本研究的適用性。其次,研究在實(shí)際運(yùn)行工況下,帶格架燃料棒束通道內(nèi)的流動(dòng)傳熱特性,并建立三種不同格架結(jié)構(gòu)的模型,用以研究攪混葉片、彈簧、剛凸等結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的影響。同時(shí),采用考慮了氣泡破裂聚并的MUSIG模型對(duì)含格架棒束通道中的汽-液兩相流動(dòng)模擬,探討格架對(duì)氣泡平均直徑分布、汽相體積分率分布的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)流體流過(guò)格架時(shí),攪混葉片會(huì)引發(fā)流體的攪混,誘導(dǎo)二次流的產(chǎn)生,且能持續(xù)影響到格架下游較遠(yuǎn)處,繼續(xù)誘發(fā)通道流體的摻混,從而提高傳熱效率。彈簧片、剛凸等結(jié)構(gòu)也能引起一定程度的攪混。在汽-液兩相流動(dòng)計(jì)算中,汽相分布趨勢(shì)與橫流分布趨勢(shì)很相近,在格架出口處先快速升高,再迅速下降,而后在下游逐漸回升。含攪混葉片格架的流道中,汽相整體聚積水平遠(yuǎn)低于不含攪混葉片格架的棒束通道。該現(xiàn)象在三種典型的燃料棒表面流場(chǎng)也同樣出現(xiàn),即攪混葉片引起的攪混對(duì)汽相的重新分布有很大影響,能夠展平通道內(nèi)流場(chǎng)焓升以抑制沸騰臨界。根據(jù)兩相瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果,定位格架各結(jié)構(gòu)部件對(duì)氣泡都有分割撕裂作用。氣泡流經(jīng)過(guò)葉片時(shí)在攪混葉片背流面出現(xiàn)氣泡滯留現(xiàn)象,但受葉片周?chē)鷾u旋流動(dòng)的影響,汽相體積分率將沿著葉片伸展方向逐漸衰減。氣泡組群在通過(guò)攪混葉片后,通道內(nèi)氣泡平均直徑,以及汽相體積分率都逐漸趨于平順。說(shuō)明攪混葉片誘發(fā)的攪混能夠抑制氣泡的合并,促使滯留氣泡分裂成更小,更均勻的泡沫,防止大氣泡積聚在流道較窄處導(dǎo)致熱量堆積惡化傳熱。本文研究成果為進(jìn)一步展開(kāi)定位格架結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ),具有一定的參考意義。
【圖文】：

９．５ｍｍ，柵距１２．６ｍｍ。參考文獻(xiàn)１５４１中格架ＵＧ造型實(shí)例，（１凸高１．５ｍｍ，條帶逡逑彈簧高１．８ｍｍ，圍板彈簧高１．４ｍｍ；對(duì)攪混葉片進(jìn)行鈑金折彎，葉片折彎角度逡逑為２９°。裝配好后的定位格架總高度（含攪混葉片）為３８．３８ｍｍ。如下圖３－１逡逑所示。逡逑一邋ｍ邋一、ｉ邋一邋ｍ逡逑）Ｉ邋ｉ邋ａ邋＊邋（逡逑ｉ邋ｉ邋ｖｉ邋ｆ邋＾邋ｐ＊邋夕逡逑（ａ）格架俯視圖邐（ｂ）格架左視圖逡逑圖３－１格架幾何模型逡逑《核反應(yīng)堆熱工分析》［５５］中提到，無(wú)論是湍流還是層流，進(jìn)入通道的流體逡逑并不能立刻達(dá)到定型流動(dòng)，需要在通道內(nèi)流過(guò)足夠的長(zhǎng)度的路程之后才能達(dá)逡逑到，，即進(jìn)口長(zhǎng)度（Ｉ），或者說(shuō)穩(wěn)定段。在進(jìn)口長(zhǎng)度內(nèi)，流體流動(dòng)性質(zhì)和流體逡逑１５逡逑

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑速度分布都要發(fā)生很大變化。入口段長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)定得足夠遠(yuǎn)，以保證計(jì)算的準(zhǔn)確逡逑性。但是這樣一來(lái)網(wǎng)格數(shù)將大大增加，令計(jì)算難以進(jìn)行。在實(shí)際的計(jì)算中，當(dāng)逡逑流動(dòng)為層流ｆ／？ｅ＜２０００）時(shí)，進(jìn)口段長(zhǎng)度可取１２０Ｄ／Ｊ，其中Ｄ／７為水力直徑，計(jì)算逡逑公式如式３－１所示。在工程上，湍流工況一般Ｌ的取值范圍約為２５／）／？？４０Ｄ／２。逡逑４／逡逑Ｄｈ＝—邐（３－１）逡逑Ａ逡逑其中，ｄ邋—一流道流體截面面積，Ｉ一一流道潤(rùn)濕周長(zhǎng)。逡逑毛曉輝［５６１在其研宄中對(duì)三種進(jìn)口長(zhǎng)度進(jìn)行敏感性分析，比較這三種進(jìn)口逡逑段長(zhǎng)度下通道內(nèi)速度分布情況。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)進(jìn)口段長(zhǎng)度為３００ｍｍ時(shí)候逡逑發(fā)展己經(jīng)比較充分，與４９０ｍｍ速度分布相差很小。逡逑根據(jù)其研宄結(jié)果建議，為了獲得更好的計(jì)算結(jié)果，本研究中取進(jìn)口段長(zhǎng)逡逑度，也就是格架上游段取為為５０８ｍｎｉ，格架下游段為５２０ｍｍ１５６１，如圖３－２所逡逑示。所生成的網(wǎng)格文件仍能被計(jì)算機(jī)資源接受。逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TL352

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2682536