单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证

发布时间：2022-01-04 09:32

　　为研究计算流体力学（CFD）方法预测棒束通道内流场分布的准确性,基于网格敏感性分析所确定的网格方案,采用标准k-ε模型（SKE）、可实现k-ε模型（RKE）、标准k-ω模型（SKW）和剪切应力传输模型（SST模型）对单相棒束流动进行模拟,并将横向速度与轴向速度与试验结果进行量化比较。结果表明:4种湍流模型均能较好地预测棒束通道内的流场分布,其中SKE与RKE的在横向速度预测上相对偏差较小,为19.6%;对于近格架区域的横向流场分析,SKE模拟较优,反之RKE模拟较优;对于轴向速度的预测,SKE的相对偏差最小为4.9%;4种湍流模型均低估均方根（RMS）速度,但能够预测棒束通道内RMS速度的分布规律,近格架区域采用RKE,反之SST较优。本文的计算结果可为单相棒束流动CFD分析的最佳实践导则建立提供参考。 

【文章来源】：核动力工程. 2019,40(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

实验回路与测试段示意图Fig.1ExperimentalLoopandTestSectionb实验测试段

刘卢果等：单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证179a竖直方向b横截面图2测量位置Fig.2MeasurementPosition能力较强的多面体网格划分方案，在定位格架、支撑格架和棒束表面均设置边界层；对于光棒区域，则采用网格拉伸的方法，在不降低网格质量的前提下降低网格数量，有效节约计算资源。本文选择通道中心的轴向速度和Z=75mm监测线处的横向速度作为判断依据，对于流体区域进行网格敏感性分析，网格参数如表1所示。表1网格参数Table1MeshProperty网格类型网格数量/107基本尺寸/mm棱柱层数量棱柱层厚度/mm网格14.061.030.15网格26.680.830.15网格38.960.730.15网格413.520.630.15以标准k-ε模型为例，不同网格下的模拟结果如图3所示。4种网格方案下的轴向和横向速度的变化规律相似；随着网格数量的增加，网格1、2、3与网格4之间的速度计算偏差不断减小，网格3与网格4的最大偏差为4.96%，可认为当网格规模达到网格4时计算结果与网格无关。采用其他湍流模型进行网格敏感性分析也表明，当网格数量大于1.35亿时足以保证计算结果与网格无关，满足计算要求。因此后续的棒束通道流动模拟时采用网格4进行研究，局部网格见图4。a通道中心轴向速度bZ=75mm横向速度图3网格敏感性分析Fig.3SensitiveAnalysisofMesha格架区域b横截面图4网格示意图Fig.4SchematicDiagramofMesh

刘卢果等：单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证179a竖直方向b横截面图2测量位置Fig.2MeasurementPosition能力较强的多面体网格划分方案，在定位格架、支撑格架和棒束表面均设置边界层；对于光棒区域，则采用网格拉伸的方法，在不降低网格质量的前提下降低网格数量，有效节约计算资源。本文选择通道中心的轴向速度和Z=75mm监测线处的横向速度作为判断依据，对于流体区域进行网格敏感性分析，网格参数如表1所示。表1网格参数Table1MeshProperty网格类型网格数量/107基本尺寸/mm棱柱层数量棱柱层厚度/mm网格14.061.030.15网格26.680.830.15网格38.960.730.15网格413.520.630.15以标准k-ε模型为例，不同网格下的模拟结果如图3所示。4种网格方案下的轴向和横向速度的变化规律相似；随着网格数量的增加，网格1、2、3与网格4之间的速度计算偏差不断减小，网格3与网格4的最大偏差为4.96%，可认为当网格规模达到网格4时计算结果与网格无关。采用其他湍流模型进行网格敏感性分析也表明，当网格数量大于1.35亿时足以保证计算结果与网格无关，满足计算要求。因此后续的棒束通道流动模拟时采用网格4进行研究，局部网格见图4。a通道中心轴向速度bZ=75mm横向速度图3网格敏感性分析Fig.3SensitiveAnalysisofMesha格架区域b横截面图4网格示意图Fig.4SchematicDiagramofMesh

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD方法格架局部阻力系数计算模型研究[J]. 陈曦.  原子能科学技术. 2016(02)



本文编号：3568103