含叶片格架对棒束通道流动传热影响的数值模拟研究

发布时间：2020-05-26 23:05

【摘要】：定位格架是燃料组件中重要部件之一,它能够支撑燃料棒束,并提高组件热工水力性能。因此,对其进行流动传热的数值模拟有重要意义。本文建立了 5×5带定位格架的燃料棒束通道模型,利用ANSYS CFX 16.0软件对其展开流动传热模拟计算。首先,根据模拟结果与实验数据的比较,探讨了几种不同的湍流模型对本研究的适用性。其次,研究在实际运行工况下,带格架燃料棒束通道内的流动传热特性,并建立三种不同格架结构的模型,用以研究搅混叶片、弹簧、刚凸等结构对流场的影响。同时,采用考虑了气泡破裂聚并的MUSIG模型对含格架棒束通道中的汽-液两相流动模拟,探讨格架对气泡平均直径分布、汽相体积分率分布的影响。研究结果发现,当流体流过格架时,搅混叶片会引发流体的搅混,诱导二次流的产生,且能持续影响到格架下游较远处,继续诱发通道流体的掺混,从而提高传热效率。弹簧片、刚凸等结构也能引起一定程度的搅混。在汽-液两相流动计算中,汽相分布趋势与横流分布趋势很相近,在格架出口处先快速升高,再迅速下降,而后在下游逐渐回升。含搅混叶片格架的流道中,汽相整体聚积水平远低于不含搅混叶片格架的棒束通道。该现象在三种典型的燃料棒表面流场也同样出现,即搅混叶片引起的搅混对汽相的重新分布有很大影响,能够展平通道内流场焓升以抑制沸腾临界。根据两相瞬态计算结果,定位格架各结构部件对气泡都有分割撕裂作用。气泡流经过叶片时在搅混叶片背流面出现气泡滞留现象,但受叶片周围涡旋流动的影响,汽相体积分率将沿着叶片伸展方向逐渐衰减。气泡组群在通过搅混叶片后,通道内气泡平均直径,以及汽相体积分率都逐渐趋于平顺。说明搅混叶片诱发的搅混能够抑制气泡的合并,促使滞留气泡分裂成更小,更均匀的泡沫,防止大气泡积聚在流道较窄处导致热量堆积恶化传热。本文研究成果为进一步展开定位格架结构优化提供了相关数据基础,具有一定的参考意义。
【图文】：

格架,几何模型

９．５ｍｍ，栅距１２．６ｍｍ。参考文献１５４１中格架ＵＧ造型实例，（１凸高１．５ｍｍ，条带逡逑弹簧高１．８ｍｍ，围板弹簧高１．４ｍｍ；对搅混叶片进行钣金折弯，叶片折弯角度逡逑为２９°。装配好后的定位格架总高度（含搅混叶片）为３８．３８ｍｍ。如下图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）格架俯视图逦（ｂ）格架左视图逡逑图３－１格架几何模型逡逑《核反应堆热工分析》［５５］中提到，无论是湍流还是层流，进入通道的流体逡逑并不能立刻达到定型流动，需要在通道内流过足够的长度的路程之后才能达逡逑到，，即进口长度（Ｉ），或者说稳定段。在进口长度内，流体流动性质和流体逡逑１５逡逑

示意图,通道模型,示意图,进口段长度

华北电力大学硕士学位论文逡逑速度分布都要发生很大变化。入口段长度应设定得足够远，以保证计算的准确逡逑性。但是这样一来网格数将大大增加，令计算难以进行。在实际的计算中，当逡逑流动为层流ｆ／？ｅ＜２０００）时，进口段长度可取１２０Ｄ／Ｊ，其中Ｄ／７为水力直径，计算逡逑公式如式３－１所示。在工程上，湍流工况一般Ｌ的取值范围约为２５／）／？？４０Ｄ／２。逡逑４／逡逑Ｄｈ＝—逦（３－１）逡逑Ａ逡逑其中，ｄ邋—一流道流体截面面积，Ｉ一一流道润湿周长。逡逑毛晓辉［５６１在其研宄中对三种进口长度进行敏感性分析，比较这三种进口逡逑段长度下通道内速度分布情况。计算结果显示，当进口段长度为３００ｍｍ时候逡逑发展己经比较充分，与４９０ｍｍ速度分布相差很小。逡逑根据其研宄结果建议，为了获得更好的计算结果，本研究中取进口段长逡逑度，也就是格架上游段取为为５０８ｍｎｉ，格架下游段为５２０ｍｍ１５６１，如图３－２所逡逑示。所生成的网格文件仍能被计算机资源接受。逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL352

【参考文献】