【摘要】：球床熔鹽堆是固態(tài)燃料熔鹽堆的一種,由于球床幾何形態(tài)復雜,直接建模形式的計算機模擬建模困難、計算量大,因此在球床堆堆芯熱工水力數(shù)值模擬時一般使用多孔介質模型簡化等效。多孔介質模型將多孔介質區(qū)域等效為單相介質區(qū)域,在該區(qū)域的動量方程中添加附加阻力壓降,在能量方程中使用等效的對流換熱系數(shù)。而模型中用于計算附加阻力壓降和對流換熱系數(shù)的公式都具有經(jīng)驗性質,且依賴于具體的研究對象。熔鹽堆目前尚未有公開發(fā)表的相關實驗數(shù)據(jù),也沒有經(jīng)驗證的相關公式。本研究使用直接CFD(Computational Fluid Dynamics)建模方法,利用Ansys_Fluent 14.5程序建立了60mm直徑小球的球床模型,采用球殼均勻熱流密度假設,使用對球床流動與換熱模擬具有較好適應性的SST湍流模型,模擬了球床內的熔鹽流動與換熱,得到了流動壓降和對流換熱系數(shù)。基于模擬結果,評價已有公式用于計算球床熔鹽堆堆芯流動壓降和對流換熱系數(shù)的有效性,并對偏差較大的公式進行修正,最終得到了球床中熔鹽流動與換熱的等效多孔介質模型壓降和對流換熱系數(shù)公式,為熔鹽堆堆芯熱工水力研究提供參考。研究中首先對比了球間觸點的兩種處理方法(增加間隙和圓柱橋接)對球床內流動與換熱模擬結果的影響,對在主流方向包含三個基本單元的基于FCC排列規(guī)則球床的模擬結果表明:相鄰小球相切的情況下(點接觸),用于橋接處理的圓柱半徑小于等于6mm時,圓柱對壓降和換熱系數(shù)影響不大;相鄰小球的間隙大于1mm時,使用圓柱橋接時的壓降模擬結果隨著圓柱半徑的增大而不斷增大。對于規(guī)則球床,建立了一種具有11個對稱單元的規(guī)則球床堆積模型,采用增加球間隙的處理方式,模擬了球床中的流動與換熱。相對于熔鹽流動壓降模擬結果,Ergun公式和KTA壓降公式預測值均偏大,且偏差均在50%以上。而相對于對流換熱模擬結果:Wakao公式預測值偏小,偏差在20%以內;KTA換熱公式預測值偏大,偏差基本在25%左右。最后,利用模擬結果對已有公式進行了修正,分別得到了修正的等效壓降和換熱系數(shù)公式。對于隨機球床,在相切小球間使用6mm半徑小圓柱橋接。相對于熔鹽流動壓降模擬結果:KTA壓降公式預測值偏差在5%以內;而Ergun公式預測值偏大約20%,如需使用該公式形式則需要進行修正。對于熔鹽對流換熱系數(shù),結果表明:對流換熱系數(shù)在球床大部分區(qū)域分布較平均,取該區(qū)域換熱系數(shù)平均值作為參考值,球床壁面區(qū)域偏大約10%,球床中心區(qū)域則偏小12%左右;參考值介于Wakao和KTA換熱公式預測值之間,最大偏差都達到20%。最后,基于對流換熱系數(shù)結果對已有公式進行修正,結果表明KTA形式擬合誤差較小。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海應用物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TL426

【參考文獻】

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本文編號：2719133