钠冷快堆非能动停堆机构动导管共轭换热数值分析

发布时间：2021-06-08 09:50

　　为解决钠冷快堆非能动停堆机构动导管和其内外两侧的液态钠构成的共轭换热问题,采用Trelis前处理软件生成全域高质量六面体网格,基于开源CFD软件OpenFOAM中的chtMultiRegionSimpleFoam求解器,得到对动导管数值分析的温度分布结果。计算结果表明,动导管内壁面周向0.07 m范围内温差为97℃,动导管轴向0.17 m高度范围内的温差为80℃。在这样窄的范围内该温差将会产生较大的热应力,数值分析结果将为动导管力学设计提供重要的输入条件。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同疏密网格下的Inner(a)、Middle(b)和Outer(c)比焓残差

由图7可看出,动导管外壁面的温差小于内壁面的温差,因此选取动导管温度场梯度大的内壁面,即Middle和Inner的交界面,高度选取4.38 cm,对不同疏密网格下围绕该高度一周的温度场计算结果进行比较,具体位置如图8a所示。由于Middle外部受到相对高温的Outer流体的加热、内部受到相对低温的Inner流体的冷却,特别是Inner中非能动组件操作头的3束分流对Middle的冷却,形成如图8b所示的波动的温度分布。可看出,从疏网格mesh1到密网格mesh3,其温度场分布差异趋于收敛,mesh3的固体域网格亦满足网格无关性要求。由图8可得到动导管在周向0.07 m范围内温差为97 ℃。图8 不同网格下动导管温度场比较

图1为通过Trelis建立的几何模型,除简化少量用于加工目的的倒角以外,基本保持原设计尺寸和形状不变。在图1的基础上,需进一步确定并生成相应的流体和固体计算域。动导管作为中间固体域(定义为Middle),其内侧流体域(定义为Inner)是从非能动组件操作头进入的液态钠,外侧流体域(定义为Outer)是其周围1圈6个燃料组件操作头所形成的流体域。外侧流体域的选择可满足动导管共轭换热问题的研究和求解要求,同时可减少网格数、降低网格复杂度,提高求解效率。最终形成Inner-Middle-Outer 3部分构成的计算域。Inner-Middle-Outer所构成的整体计算域的规模为:直径181.5 mm,高度580 mm。其中中间固体计算域Middle与图1所示动导管完全相同,对于流体计算域Inner和Outer,通过在对应圆柱区域中去除图1所示的固体部分得到,具体可通过Trelis中Boolean操作的Substract方法实现,生成的Inner和Outer计算域如图2所示。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3218189