环腔内石蜡熔化过程的数值模拟研究

发布时间：2020-12-30 18:04

　　核能作为重要的清洁能源,在雾霾严重的今天,具有巨大的优势和利益。核能安全在核能发展过程中一直是重中之重,因此对于反应堆安全的分析也是重点关注的研究项目。反应堆严重事故属于超设计基准事故,堆芯的损坏是步入严重事故的重要节点。秉承着探究堆芯燃料棒在反应堆严重事故中熔化过程的目的,本文进行了石蜡熔化的数值模拟研究。本文中数值计算对象采用石蜡作为工质,采用的方法是属于固定网格的焓-多孔介质法。该方法全场求解统一方程,有效避免了显示界面跟踪手段的缺点,无需在计算中重新绘制网格。利用内嵌于ANSYS FLUENT中的melting/solidification模型对环腔内中心加热条件下石蜡的熔化过程进行了的详细的数值模拟。计算时将圆柱计算域简化为中心对称的二维计算域,网格采用结构化网格。通过网格独立性检验,确定采用15500数量网格。计算域的中心轴采用中心对称边界,上部边界为绝热,外围边界与底部边界为恒温条件,初始温度为50℃,低于石蜡的熔点,保证初始是全场为固体。在数值模拟过程中发现厚度为0.5cm的容器的热阻对于熔化过程热量传递影响很大,不容忽视；同时,考虑加热棒处的材料升温过程,采用体热流密... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究成果及现状
        1.2.1 关于反应堆熔化的实验
        1.2.2 关于反应堆熔化的模拟
        1.2.3 相变蓄热材料相变的研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 熔化相变数值模型研究
    2.1 熔化相变模拟方法
        2.1.1 格子玻尔兹曼方法
        2.1.2 标记网格法
        2.1.3 动网格法
        2.1.4 扩展有限元法
    2.2 本文采用方法
        2.2.1 焓-多孔介质法模型
        2.2.2 焓-多孔介质法求解
    2.3 焓-多孔介质法的可靠性验证
        2.3.1 实验介绍
        2.3.2 结果对比
    2.4 本章小结
第三章 实验系统与实验结果
    3.1 实验熔化相变材料
        3.1.1 石蜡DSC测试
        3.1.2 密度及其余物性
    3.2 实验系统
    3.3 实验对象温度测点布置
    3.4 实验结果分析
        3.4.1 温度的变化规律
        3.4.2 不同功率的影响
    3.5 本章小结
第四章 熔化过程数值模拟
    4.1 计算对象
        4.1.1 网格建立
        4.1.2 初始条件和边界
        4.1.3 网格独立性检验
    4.2 数值模拟的敏感性讨论
        4.2.1 壁面的影响
        4.2.2 热流设置的影响
        4.2.3 模型中糊状区C值的影响
        4.2.4 数值模拟方法总结及结果
    4.3 竖直圆柱内熔化相变数值模拟
        4.3.1 功率的影响
        4.3.2 导热系数的影响
        4.3.3 水浴温度的影响
    4.4 考虑石蜡体积变化过程的模拟方法
        4.4.1 VOF模型介绍
        4.4.2 计算域及边界
        4.4.3 结果对比
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文结论
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]石蜡相变复合材料的研究[J]. 姜传飞,蒋小曙,李书进,陆雷.  化学工程与装备. 2010(08)
[2]石蜡熔化蓄热的实验研究[J]. 谢望平,朱冬生,汪南,剧霏.  广东化工. 2008(01)
[3]石蜡热膨胀性能试验装置的研究[J]. 陈兵芽,刘莹,胡敏,李小兵,刘智勇.  制造技术与机床. 2008(01)
[4]SCDAP/RELAP5与MELCOR程序对堆芯损伤过程预测的比较[J]. 付霄华.  核动力工程. 2003(05)

博士论文
[1]管外与球体内相变蓄热问题的数值模拟与实验研究[D]. 李伟.天津大学 2010

硕士论文
[1]螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟和实验研究[D]. 李慧.天津大学 2012
[2]石蜡圆管外相变蓄热与释热规律的研究[D]. 郭英利.天津大学 2008



本文编号：2948067