摇摆条件棒束通道相态特性的数值研究

发布时间：2020-09-18 17:43

　　 海洋核动力平台是目前解决海上能源供给的有效途径,但海洋环境对反应堆的影响对其设计与安全运行提出了更高的要求。本文以海洋环境下典型棒束通道为对象,通过数值模拟对摇摆运动高压工况下棒束通道内相态特性进行了数值研究及理论分析。分析摇摆运动规律,将摇摆作用以及相间传输通过用户自定义函数(UDF)接口加入到三维计算流体力学软件Fluent中,实现了摇摆条件下过冷沸腾工况的计算,并利用文献中的实验数据验证了过冷沸腾模型以及摇摆作用的适用性与准确性。类比摇摆运动对单一特性的影响与信号输入输出的相似之处,借鉴信号处理与系统分析的分析方法,推导获得了摇摆对单一特性波动模型的通式,并使用快速傅里叶变换的方法分析摇摆数据,发掘摇摆对相关特性的影响的机制。利用VOF模型模拟了高压静止与摇摆条件下棒束通道蒸汽-水绝热两相流动,以蒸汽-水两相绝热流动下相界面特性反映沸腾工况下相界面特点。由于高压下表面张力减小以及棒束狭小复杂几何结构的影响使得汽泡界面更加扭曲不规则,分布参数转变的临界流速也由于两相密度差的减小而变小。摇摆则导致汽相随着摇摆运动而在通道内摆动,相分布形态更加扭曲,分布参数、界面面积浓度也会随着摇摆运动而波动,重力分量的变化是摇摆影响两者最重要的因素。对于摇摆运动棒束通道内局部相态情况的研究则是采用欧拉两流体模型的方法进行,对高压静止与摇摆条件下棒束通道过冷沸腾工况进行了数值计算,同时考虑简易定位格架对两相特性的影响。局部空泡份额在空间上同样会随着摇摆运动而摆动,在时间上则会随着摇摆运动而波动,各个局部点波动情况并不相同,影响其波动规律的主导因素也不同,而这主要是由于各点几何位置不同流场不同以及其局部空泡份额数值大小的不同造成的。摇摆还会影响燃料棒周向壁温的不均匀性,摇摆对于不同过冷度下壁温的影响会因为不同位置处影响传热因素的不同而不同,摇摆会加剧高过冷下燃料棒周向壁温不均匀性而改善低过冷下壁温的不均匀性。简易定位格架对截面速度分布有显著影响,从而改变了格架附近空泡份额情况,格架位置对于控制通道整体空泡份额具有重要作用;摇摆对格架内速度分布没有明显影响,而对格架下游空泡份额波动情况的改变则主要是因为格架的加入影响了局部空泡份额、相间传热情况等两相特性从而影响了其波动规律。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL38
【部分图文】：

2 数学物理模型11Enq q qqnq qq E (2.5)4）附加方程在进行湍流计算时，还需要求解湍流输运方程，湍流变量，如湍动能和湍流耗散率或雷诺应力，由整个场中的相共享。② 相界面的处理VOF 中有多种界面处理方案，其中最为准确的是基于 PLIC (Pieceweise LinearInterface Calculation)重构方法的几何重构方案，它假定两种流体之间的界面在每个计算单元中具有线性斜率，使用这种线性形状来表征相界面形态，通过界面附近网格流体的输运确定界面的位置变化[48]。

2.3 RPI 模型热流分配示意图2.3 RPI model heat flow distribut；WT 、lT 分别为壁面温度l 、g 分别为液相、汽相比热；bA 是核化汽泡覆盖密度； f 为汽泡脱离频率。，核化点密度WN 、汽泡脱积份额bA 这四个参数至关数值计算的准确性也有很面上汽泡核化点多少的重要影响，研究者基于加热进行建模，所形成的关系hawla模型[50]、Kocamustafa

4 摇摆条件下棒束通道内蒸汽-水两相流相态特性个切面汽泡形态随着汽相流量的增大，其变化情况如图 4.3 所示，随着汽相流量增大，切面处空泡份额逐渐增大，汽泡更多的出现在通道中心的间隙处，边壁处的汽泡相对较少；在汽相流量较小时，汽泡会以单一的小汽泡的形式存在于 1 切面，即棒间隙的位置处，但随着汽相流量的增大，汽泡体积变大，汽泡可能会占据多个子通道区域，在棒间隙处的空泡则会以连接两个子通道内汽相的汽块条的形式存在，已经具有搅混流的特性，汽相进一步增大，汽块则进一步增大发为搅混流流型。

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本文编号：2821963