定位格架结构特征对子通道热工水力特性影响数值模拟研究
发布时间：2020-11-04 13:22
压水堆燃料组件的定位格架,除了起到对燃料棒束的定位、夹持作用,其结构特征极大地影响着燃料组件的热工水力性能。详细了解定位格架结构对燃料组件内流动换热特性的影响规律,是实现定位格架自主化设计的重要基础。压水堆燃料组件典型结构为17×17包含多个格架的多跨棒束结构,在进行模拟和实验研究时通常采用典型的包含1～2个格架的5×5棒束通道开展。论文首先应用Holloway实验模型和结果,对单跨计算的数值模型和方法进行了分析和验证;其次开展了 AFA-3G定位格架的流动换热特性数值模拟分析并详细研究了格架主要部件(条带、刚突、弹簧和搅混翼)对流动阻力特性的影响规律;除搅混因子法外,首次将场协同分析方法应用到定位格架换热特性的评估;最后对定位格架中重要部件搅混翼的影响进行分析,对比分析了 5种搅混翼形状和3种搅混翼排布对流动换热特性的影响。模型验证结果表明:雷诺应力湍流模型更适合带有定位格架的棒束通道数值模拟。基于AFA-3G定位格架的数值模拟结果表明:定位格架的搅混翼部件对棒束通道内横向流场的形成和换热的强化起决定性作用;刚突并不改变横向流场特性,但其增大了流场的湍流强度而在一定程度上强化了棒束通道内换热;弹簧、搅混翼、刚突和条带所引起的流动阻力系数依次增大。评估方法研究表明:搅混因子方法将流动分成涡旋流动、交混流动和湍流强度三方面进行影响换热强度的分析,其适用性受格架所引起的横向流场形式影响较大;首次引入的场协同分析方法采用流场和温度场的协同角参数进行换热强化分析,对流动强化换热机理的解释清晰,不受格架引起的横向流形式影响,具有更普遍的适用性,但因其评估参数单一,对工程应用价值不大,两种评估方法结论基本一致,可相互补充。搅混翼影响分析表明:搅混翼排布方式将影响横向流场分布特征,串联排布、圆形排布、交叉排布的搅混翼所引起压降依次减小,串联排布、交叉排布和圆形排布所引起的换热强度依次减小;搅混翼形状主要影响横向流场强度,撕裂搅混翼引起压降最大、分开搅混翼最小而其它三种搅混翼相近,撕裂搅混翼换热强度最大、分开搅混翼最小而其它三种搅混翼相近。论文采用的数值模拟方法和数值结果为自主设计燃料组件的定位格架提供了较好的参考价值。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL33
【部分图文】：
叉排列辉接，条带内保留夹持燃料棒的结构。根据栅元所处位置不同一般可其??分为四种，即位于角落位置的角栅元、位于最外层位置的边栅元、含有导向管的??导向管栅元和固定夹持燃料棒的典型栅元，具体结构如图１－１所示。??Ｉ?，??巧巧竞一Ｖ?ｒ?＂ｉｄ＾?＾??＾?声？＇沪－今厂＇＾和－＂Ｖ、叶气??ｒ?ｉｉ?ｍ?■?Ｉ?存巧《？巧??＾疆４疆禾占＂嗦＊心？＇若？全ａ＞??沒巧巧一?Ｉ￣￣Ｉ?９圆巧??＾?■?４．?了＇寸■、、？和少?ｓ＇ｉｒｎ????拉＊?兀??韻令４少－疆令１户著是＊?ｌＨＨ々巧巧??Ｌ責若巧余女＊最麽》??图１－１定位格架典型栅元??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｏｆ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ??对于压水堆燃料组件的典型结构可ｗ归纳成两种类型：有揽混翼的定位格架??和无揽混翼的定位格架。??目前有揽混翼的定位格架设计得到广泛的应用，送种定位格架的典型特征为??在定位格架顶端且位于条带交叉点的位置安置有一定倾斜角度的折流结构，如图??１－２所示为法国阿海法集团的ＡＦＡ－３Ｇ定位格架结构，条带上具有明显的弹黃刚突??结构，这些结构直接在条带上冲压而成。目前采用类似与ＡＦＡ－３Ｇ定位格架结构??形式的机构包括法国阿海法集团、美国西屋公司、韩国原子能研究院、日本Ｓ菱??公司和德国ＡＢＢ等，这些单位应用或设计的定位格架都包含了弹黃、刚突和揽混??翼结构但具体的形状存在差异。??、??２??
料棒周围形成揽混，起到与攒混翼相似的效果。同时贴合的两个条带形成倾斜流??道还起到类似弹黃刚突的作用，对燃料棒进行夹持。??圍偷??图１－３西口子ＨＩＰ定位格架（无揽混翼）??Ｆｉｇ．?１－３?ＨＩＰ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｍｉｘｉｎｇ?ｖａｎｅｓ?ｂｙ?Ｓｉｅｍｅｎｓ??１．２．２燃料组件热工水力??核反应堆中采用沿燃料棒轴向方向上安装定位格架的方式实现燃料棒的定位??安装。冷却剂自下而上流动并携带走燃料棒释放的热量。燃料组件热工水力性能??可Ｗ从阻力持性、流动分布、传热及流动沸腾特性等方面考虑。??３??
?｜ｒ??ｋ?ｙｉ??ｉＭＭ??图１－２ＡＦＡ－３Ｇ定位格架结构（有揽混翼）??Ｆｉｇ．?１－２?ＡＦＡ－３Ｇ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ?ｗｉｔｈ?ｍｉｘｉｎｇ?ｖａｎｅｓ??无揽混翼定位格架相对较少，目前有西口子公司设计的ＨＩＰ定位格架。其与??ＡＦＡ－３Ｇ定位格架设计思想不同之处，在于该定位结构除了外条带具有导向翼Ｗ外??内条带顶端没有揽混翼且删元内部也没有传统的弹黃和刚突结构。每个内条带由??两个冲压成型的条带紧密贴合构成，贴合的两个条带形成倾斜流道使冷却剂在燃??料棒周围形成揽混，起到与攒混翼相似的效果。同时贴合的两个条带形成倾斜流??道还起到类似弹黃刚突的作用，对燃料棒进行夹持。??圍偷??图１－３西口子ＨＩＰ定位格架（无揽混翼）??Ｆｉｇ．?１－３?ＨＩＰ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｍｉｘｉｎｇ?ｖａｎｅｓ?ｂｙ?Ｓｉｅｍｅｎｓ??１．２．２燃料组件热工水力??核反应堆中采用沿燃料棒轴向方向上安装定位格架的方式实现燃料棒的定位??安装。冷却剂自下而上流动并携带走燃料棒释放的热量。燃料组件热工水力性能??可Ｗ从阻力持性、流动分布、传热及流动沸腾特性等方面考虑。??３
【参考文献】
本文编号：2870148
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL33
【部分图文】：
叉排列辉接，条带内保留夹持燃料棒的结构。根据栅元所处位置不同一般可其??分为四种，即位于角落位置的角栅元、位于最外层位置的边栅元、含有导向管的??导向管栅元和固定夹持燃料棒的典型栅元，具体结构如图１－１所示。??Ｉ?，??巧巧竞一Ｖ?ｒ?＂ｉｄ＾?＾??＾?声？＇沪－今厂＇＾和－＂Ｖ、叶气??ｒ?ｉｉ?ｍ?■?Ｉ?存巧《？巧??＾疆４疆禾占＂嗦＊心？＇若？全ａ＞??沒巧巧一?Ｉ￣￣Ｉ?９圆巧??＾?■?４．?了＇寸■、、？和少?ｓ＇ｉｒｎ????拉＊?兀??韻令４少－疆令１户著是＊?ｌＨＨ々巧巧??Ｌ責若巧余女＊最麽》??图１－１定位格架典型栅元??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｏｆ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ??对于压水堆燃料组件的典型结构可ｗ归纳成两种类型：有揽混翼的定位格架??和无揽混翼的定位格架。??目前有揽混翼的定位格架设计得到广泛的应用，送种定位格架的典型特征为??在定位格架顶端且位于条带交叉点的位置安置有一定倾斜角度的折流结构，如图??１－２所示为法国阿海法集团的ＡＦＡ－３Ｇ定位格架结构，条带上具有明显的弹黃刚突??结构，这些结构直接在条带上冲压而成。目前采用类似与ＡＦＡ－３Ｇ定位格架结构??形式的机构包括法国阿海法集团、美国西屋公司、韩国原子能研究院、日本Ｓ菱??公司和德国ＡＢＢ等，这些单位应用或设计的定位格架都包含了弹黃、刚突和揽混??翼结构但具体的形状存在差异。??、??２??
料棒周围形成揽混，起到与攒混翼相似的效果。同时贴合的两个条带形成倾斜流??道还起到类似弹黃刚突的作用，对燃料棒进行夹持。??圍偷??图１－３西口子ＨＩＰ定位格架（无揽混翼）??Ｆｉｇ．?１－３?ＨＩＰ?ｓｐａｃｅｒ?ｇｒｉｄ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｍｉｘｉｎｇ?ｖａｎｅｓ?ｂｙ?Ｓｉｅｍｅｎｓ??１．２．２燃料组件热工水力??核反应堆中采用沿燃料棒轴向方向上安装定位格架的方式实现燃料棒的定位??安装。冷却剂自下而上流动并携带走燃料棒释放的热量。燃料组件热工水力性能??可Ｗ从阻力持性、流动分布、传热及流动沸腾特性等方面考虑。??３??
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【参考文献】
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本文编号：2870148
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