多层环形燃料组件流道局部阻塞研究

发布时间：2017-06-27 09:09

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【摘要】：流道阻塞事故是反应堆中难以分析的事故。由环形燃料板组成的多层环形燃料组件拥有着出众的传热性能,但其中的多层环形流道因结构复杂而容易发生流道阻塞事故,有可能引起燃料元件局部温度升高并破损,导致放射性泄漏,因此对其进行多层环形燃料组件阻塞工况下的流动和传热特性研究很有必要。本文使用系统分析程序与计算流体动力学(CFD)方法对多层环形燃料组件中的流道阻塞事故进行了研究,其中CFD方法包括传统的CFD直接建模模拟法和本文新提出的多孔跳跃简化模拟法。首先,通过对IAEA MTR平板型燃料组件中一个流道发生份额为60%、70%、80%、90%的阻塞工况进行研究,确定了恒定压降是适用于较少流道研究对象的流动边界条件。通过对比四种假定阻塞物的直接CFD建模模拟的计算结果,得出了同一阻塞份额下阻塞形式对流量影响较小的结论。随后,对多层环形燃料组件一个流道分别发生上述阻塞份额的工况进行了计算,计算结果表明,在两种燃料组件中,发生流道阻塞事故时,被阻塞流道流量明显降低,其他流道流量无明显变化；从流动和传热的角度综合考虑,除被阻塞通道外,受阻塞物影响最大的是所有与被阻塞流道紧邻的冷却剂流道及上述各流道间的燃料板；由于环形燃料板内可以进行环向导热,因此在发生流道阻塞事故时,相较于平板型燃料组件,多层环形燃料组件中的被阻塞流道的换热恶化情况可以被更好地缓解。对系统分析程序、直接CFD建模和多孔跳跃简化建模三种方法的计算结果的比较表明：多孔跳跃简化模拟能够提供与直接CFD建模相一致的结果,其两者均可以对复杂的换热现象做出预测；系统分析程序不能考虑流道间的相对几何位置及复杂结构内的换热情况,因此会对流量分配形式和环形燃料板内的热量分配做出反常的预测。
【关键词】：流道阻塞事故 多层环形燃料组件 平板型燃料组件 系统分析程序 计算流体动力学 多孔跳跃简化 环向导热
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL352;TL364.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题的背景和意义10
• 1.2 文献综述及研究现状10-16
• 1.2.1 流道阻塞事故的实验研究综述10-11
• 1.2.2 流道阻塞事故的数值计算研究综述11-14
• 1.2.3 流道阻塞事故的研究现状14-16
• 1.3 研究内容、方法和预期成果16-17
• 第2章 流道阻塞模拟方法研究17-40
• 2.1 IAEA MTR标准燃料组件17-18
• 2.2 阻塞位置的选取18-19
• 2.3 阻塞模拟方式19-22
• 2.3.1 系统分析程序模拟方式19-20
• 2.3.2 CFD直接建模模拟方式20
• 2.3.3 多孔跳跃简化模拟20-22
• 2.4 湍流模型22-24
• 2.4.1 realizable k-ε两方程模型22
• 2.4.2 近壁面处理方式22-23
• 2.4.3 y~+23
• 2.4.4 y~*23-24
• 2.5 数值建模24-30
• 2.5.1 边界条件的选取24-26
• 2.5.2 网格划分26-28
• 2.5.3 计算域的确定28-29
• 2.5.4 网格独立性检验29-30
• 2.6 计算结果与讨论30-39
• 2.6.1 被阻塞流道流量对比30-31
• 2.6.2 被阻塞流道的流场31-33
• 2.6.3 未阻塞流道流量对比33-37
• 2.6.4 换热结果对比37-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第3章 多层环形燃料组件流道阻塞事故研究40-54
• 3.1 计算对象40-43
• 3.2 阻塞模拟方式43-44
• 3.2.1 Relap5建模43
• 3.2.2 CFD直接模拟43-44
• 3.3 网格划分44-45
• 3.4 计算结果与讨论45-53
• 3.4.1 CFD直接模拟结果的获取45-46
• 3.4.2 流量分配对比46-47
• 3.4.3 冷却剂出口温度对比47-52
• 3.4.4 冷却剂流道加热功率对比52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 结论54-57
• 4.1 流道阻塞事故总结54
• 4.2 数值模拟方法总结54-55
• 4.3 研究中尚难解决的问题55
• 4.4 对本研究方向的展望55-57
• 参考文献57-59
• 附录1 阻塞工况下各流道的相对流量(多孔跳跃简化模拟)59-60
• 致谢60-61
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果61

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1 蔡靖宇;核燃料组件及相关组件用材料制造过程的质量控制[J];上海钢研;1996年03期

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本文编号：489216