PWR堆芯性能CFD分析技术研究

发布时间：2021-05-21 08:38

　　为优化反应堆堆芯设计,确保堆芯的安全与经济性,需深刻认知堆芯热工水力机理,揭示其规律,实现堆芯的有效冷却,实现堆芯的功率提升与寿期延长。目前反应堆堆芯设计采用的是系统程序、子通道程序等宏观大尺度程序,程序模型空间分辨率低,建模依赖实验关联式、半经验关联式、大安全裕量的保守性假设,难以确定不同工况下堆芯内燃料格架、搅混翼等特征结构影响下的堆芯单相、两相、旋流、湍流、流动交混、流速梯度、温度梯度等热工水力状态与规律。需通过小尺度计算获得堆芯特征结构附近的流速、压力、温度等参数分布,以用于热工水力分析,并为中子物理、化学沉积与腐蚀、辐照损伤、流致振动等堆芯多物理过程分析提供详细的热工水力数据,从而深刻认知反应堆全寿命周期内的堆芯性能状态。能够捕捉堆芯小尺度几何、流动、传热特征的计算流体动力学（CFD）分析技术可以弥补大尺度热工水力分析的不足,但该技术在堆芯性能分析中存在网格分辨率要求高、网格数量大、计算时间长、多尺度多物理场边界影响显著等技术难题。为此,本文通过PWR堆芯热工水力特征的分析与利用、CFD分析规律的探索与应用,开展了堆芯CFD分析的适用性与效率研究,堆芯CFD分析实验验证方案的... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 PWR堆芯性能CFD分析研究现状
        1.2.1 国外研究趋势与现状
        1.2.2 国内研究趋势与现状
        1.2.3 堆芯CFD分析的技术难点与不足
    1.3 本文研究目标与方案
        1.3.1 堆芯CFD分析的适用性与效率研究
        1.3.2 堆芯CFD分析的实验方案优化研究
        1.3.3 堆芯CFD分析的高尺度热工水力应用研究
        1.3.4 堆芯CFD程序与其它物理场耦合计算技术研究
第2章 堆芯CFD分析的适用性与效率研究
    2.1 堆芯特征结构的网格分辨率方案
        2.1.1 网格空间分辨率研究方案
        2.1.2 光棒区网格分辨率研究
        2.1.3 复杂结构区网格分辨率研究
        2.1.4 网格空间分辨率适用性验证
    2.2 计算效率的量化评估方案研究
        2.2.1 堆芯CFD计算规律研究
        2.2.2 基于量化评估的CFD计算效率分析
        2.2.3 量化评估指标的等效转换
        2.2.4 量化评估在堆芯CFD分析中的应用方案
    2.3 湍流模型应用方案研究
        2.3.1 堆芯分段CFD分析方案研究
        2.3.2 湍流模型应用研究
        2.3.3 PWR堆芯湍流特征研究
        2.3.4 基于堆芯流动特点的MRANS计算方案
    2.4 堆芯CFD计算的简化方案研究
        2.4.1 格架内冷却剂流动特性分析
        2.4.2 SSSM方案设计与准确性分析
        2.4.3 复杂热工水力条件下SSSM方案适用性分析
        2.4.4 SSSM方案的效率分析
    2.5 本章小节
第3章 基准实验方案的CFD分析研究
    3.1 流域边界对流动特性的影响及规律
        3.1.1 定位格架及搅混翼区域T-H规律分析
        3.1.2 搅混翼下游流域T-H规律分析
    3.2 流域范围对流动特性的影响及规律
        3.2.1 流域范围对热工水力的影响分析
        3.2.2 流域范围作用机理分析
        3.2.3 流域范围适用性分析
    3.3 旁通流域对流动特性的影响分析
    3.4 本章小节
第4章 堆芯高尺度T-H模型的CFD分析研究
    4.1 堆芯高尺度T-H分析的重要性
        4.1.1 堆芯分布并行计算的实现
        4.1.2 堆芯分布并行计算优势分析
    4.2 多尺度热工水力分析模型
        4.2.1 子通道分析模型介绍
        4.2.2 CFD分析模型及优势介绍
    4.3 大流域子通道间横流交混状态研究
        4.3.1 组件内相邻区域间交混状态分析
        4.3.2 相邻组件间交混状态分析
        4.3.3 交混状态的计算分析
        4.3.4 交混状态的图示分析
    4.4 子通道程序横流求解模型研究
        4.4.1 横流空间加速度项分析
        4.4.2 压降横向梯度分析
        4.4.3 横流阻力分析
    4.5 子通道间横流交混机理研究
        4.5.1 横流阻力特征分析
        4.5.2 流线特征分析
        4.5.3 子通道横流求解优化策略
    4.6 本章小结
第5章 CFD程序的耦合计算技术研究
    5.1 精细化物理场耦合技术方案研究
        5.1.1 精细化物理场耦合计算难点分析
        5.1.2 网格映射及数据传递方案
    5.2 精细化物理场间耦合计算的实现
        5.2.1 映射与数据传递的实现
        5.2.2 程序的并行化与模块设计
        5.2.3 耦合计算的实现
    5.3 精细化耦合计算精度研究
        5.3.1 网格划分对耦合计算的影响
        5.3.2 网格映射对耦合计算的影响
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录A


【参考文献】：
期刊论文
[1]2×2棒束通道格架搅混翼横向流场PIV实验研究[J]. 周梦君,毛辉辉,封亚,杨立新.  核动力工程. 2016(04)
[2]基于蒙特卡罗方法和CFD方法的物理-热工耦合计算[J]. 陈军,曹良志,郑友琦,吴宏春,王昆鹏.  原子能科学技术. 2016(02)
[3]基于激光多普勒测量的6×6棒束间湍流流动研究[J]. 俞洋,汪昊楠,于楠,熊进标,傅孝良,程旭,杨燕华.  原子能科学技术. 2015(07)
[4]3×3棒束间湍流流动的3D激光多普勒方法实验研究[J]. 俞洋,熊进标,程旭.  核动力工程. 2015(03)
[5]燃料组件5×5格架多跨模型CFD模拟方法研究[J]. 晁嫣萌,杨立新,庞铮铮,张玉相.  原子能科学技术. 2014(05)
[6]棒束通道单相流数值方法应用特性[J]. 李小畅,郜冶.  哈尔滨工业大学学报. 2013(11)
[7]棒束燃料组件特征栅元CFD方法研究[J]. 陈杰,陈炳德,张虹.  核动力工程. 2011(03)
[8]RIA基准题验证堆芯三维物理-热工耦合程序[J]. 刘余,李峰,张虹,张渝,贾宝山.  原子能科学技术. 2010(11)
[9]CFD方法在棒束定位格架热工水力分析中的应用研究[J]. 陈畏葓,张虹,朱力,熊万玉.  核动力工程. 2009(S1)
[10]定位格架典型部件对5×5棒束通道内流场影响的数值研究[J]. 田瑞峰,毛晓辉,王小军.  原子能科学技术. 2009(01)

博士论文
[1]棒束通道单相及两相流动与传热数值研究[D]. 李小畅.哈尔滨工程大学 2015

硕士论文
[1]带搅混翼格架的棒束通道内横向流场PIV实验研究[D]. 封亚.北京交通大学 2016
[2]压水堆核电站堆芯子通道分析[D]. 梁志滔.华南理工大学 2011



本文编号：3199403