小型压水堆压力容器内部三维流场计算
发布时间：2021-06-27 06:43
反应堆安全分析过程中,获得反应堆压力容器内部准确的流场至关重要。以小型压水堆为研究对象,运用计算流体力学（CFD）方法对反应堆压力容器内部流场进行计算分析,获得燃料组件流量分配和下封头混合特性。结果表明:两泵高速对称入口条件下,燃料组件流量分配系数最大值为1.032,最小值为0.934,且流量整体分布呈现"中间大、边缘小"的特点;一泵高速非对称入口条件下,下封头流动漩涡增强,燃料组件流量分配的不均性增大;下封头混合特性计算得到堆芯入口冷却剂流量混合因子最小值为0.022,下封头冷却剂混合能力不足。
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
反应堆压力容器下封头流线分布Fig.4StreamlineDistributiononReactorPressureVesselLowerPlenum
RPV内部几何结构复杂，在不影响RPV内流场计算的前提下，有必要对几何模型进行适当简化。计算模型包括入口管段、压力容器下降段、下封头、堆芯下板、堆芯、吊篮上板、上腔室和出口管段，其中堆芯区域和上腔室区域采用简化结构。1.2边界条件进出口边界条件设置质量入口、自由出口；壁面边界为无滑移壁面；离散方式采用一阶迎风格式；收敛条件取残差小于10-5；计算类型为稳态计算[6-8]。1.3网格划分及敏感性分析采用结构化网格与非结构化网格相结合方案进行RPV网格划分（图1）。入口管段、压力容器下降段、堆芯和出口管段采用六面体结构化网格；下封头、堆芯下板、堆芯上板和上腔室采用四面体非结构化网格。分别建立161万、189万、217万、230万、250万网格模型，对比不同网格数量下堆芯下板图1反应堆压力容器网格划分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷却剂流量归一化标准差，定义如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ为i组件入口流量；Q为组件平均入口流量；iT为i组件试验测量归一化入口流量。随网格数量增大，减小；网格数量大于217万，堆芯下板达到最小（图2）。考虑计算速度与计算精度，最终取模型网格数量为217万。图2不同网格数量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4数学模型1.4.1多孔介质模型堆芯区域结构的简化导致冷却剂摩擦阻力和形状阻力减小，采用多孔介质模型进行阻力补偿。该模型通过在N-S方程中添加源项iS来模拟计算多孔材料中流体所受的阻力。212iiiSvCvv（
研旧习搴蜕锨皇也捎?四面体非结构化网格。分别建立161万、189万、217万、230万、250万网格模型，对比不同网格数量下堆芯下板图1反应堆压力容器网格划分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷却剂流量归一化标准差，定义如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ为i组件入口流量；Q为组件平均入口流量；iT为i组件试验测量归一化入口流量。随网格数量增大，减小；网格数量大于217万，堆芯下板达到最小（图2）。考虑计算速度与计算精度，最终取模型网格数量为217万。图2不同网格数量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4数学模型1.4.1多孔介质模型堆芯区域结构的简化导致冷却剂摩擦阻力和形状阻力减小，采用多孔介质模型进行阻力补偿。该模型通过在N-S方程中添加源项iS来模拟计算多孔材料中流体所受的阻力。212iiiSvCvv（2）式中，v为流体速度矢量；iv为i方向流体速度；是流体密度；为流体的动力粘性系数；1/为粘性阻力系数；C2为惯性阻力系数。因冷却剂流速较高，惯性损失项起主要作用，因此可以将压降定义为动压头的函数[9]:212iPCvv（3）根据式（3），利用小型压水堆实验满功率运行工况下的堆芯压降、冷却剂流速测量值，得到燃料组件的惯性阻力系数C2为12。横向阻力系数比惯性阻力系数大得多，且受到主流惯性力与堆芯元件几何结构的影响较大，一般通过试验测量得到[10]。参考以往研究，本文取横向阻力系数是惯性阻力系数的10倍[1,5]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]VVER型反应堆堆芯流量分配与组件冷却剂温升CFD分析[J]. 杜代全,曾小康,杨晓强,熊万玉. 原子能科学技术. 2015(03)
[2]秦山二期核电厂反应堆下腔室交混特性CFD分析研究[J]. 毛辉辉,卢川,张宏亮,何培峰. 原子能科学技术. 2015(01)
[3]ACPR1000+反应堆整体水力特性数值分析与比较[J]. 张明乾,段远刚,于晓雷,张平. 核动力工程. 2013(06)
[4]CPR1000反应堆三维数值模拟分析及验证[J]. 张明乾,冉小兵,刘言午,于晓雷,朱明莉. 核技术. 2013(10)
[5]基于CFD方法的自然循环反应堆冷却剂流动特性分析[J]. 卢川,张勇,鲁剑超,董化平. 核动力工程. 2012(S1)
[6]秦山核电站二期反应堆堆芯流量分配数值分析[J]. 张曙明,李华奇,赵民富,陈玉宙,杨夷,卫光仁. 核科学与工程. 2010(04)
[7]双环路压水堆非对称入口条件下物理-热工特性研究[J]. 桂学文,蔡琦,邾明亮. 原子能科学技术. 2010(S1)
[8]反应堆压力容器下封头三维流场计算[J]. 蒋晓华. 核动力工程. 2002(S1)
[9]压水堆堆内进口环腔及下腔室中冷却剂三维流动的数值模拟[J]. 姚朝晖,沈孟育,王学芳. 核科学与工程. 1996(03)
本文编号：3252345
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
反应堆压力容器下封头流线分布Fig.4StreamlineDistributiononReactorPressureVesselLowerPlenum
RPV内部几何结构复杂，在不影响RPV内流场计算的前提下，有必要对几何模型进行适当简化。计算模型包括入口管段、压力容器下降段、下封头、堆芯下板、堆芯、吊篮上板、上腔室和出口管段，其中堆芯区域和上腔室区域采用简化结构。1.2边界条件进出口边界条件设置质量入口、自由出口；壁面边界为无滑移壁面；离散方式采用一阶迎风格式；收敛条件取残差小于10-5；计算类型为稳态计算[6-8]。1.3网格划分及敏感性分析采用结构化网格与非结构化网格相结合方案进行RPV网格划分（图1）。入口管段、压力容器下降段、堆芯和出口管段采用六面体结构化网格；下封头、堆芯下板、堆芯上板和上腔室采用四面体非结构化网格。分别建立161万、189万、217万、230万、250万网格模型，对比不同网格数量下堆芯下板图1反应堆压力容器网格划分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷却剂流量归一化标准差，定义如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ为i组件入口流量；Q为组件平均入口流量；iT为i组件试验测量归一化入口流量。随网格数量增大，减小；网格数量大于217万，堆芯下板达到最小（图2）。考虑计算速度与计算精度，最终取模型网格数量为217万。图2不同网格数量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4数学模型1.4.1多孔介质模型堆芯区域结构的简化导致冷却剂摩擦阻力和形状阻力减小，采用多孔介质模型进行阻力补偿。该模型通过在N-S方程中添加源项iS来模拟计算多孔材料中流体所受的阻力。212iiiSvCvv（
研旧习搴蜕锨皇也捎?四面体非结构化网格。分别建立161万、189万、217万、230万、250万网格模型，对比不同网格数量下堆芯下板图1反应堆压力容器网格划分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷却剂流量归一化标准差，定义如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ为i组件入口流量；Q为组件平均入口流量；iT为i组件试验测量归一化入口流量。随网格数量增大，减小；网格数量大于217万，堆芯下板达到最小（图2）。考虑计算速度与计算精度，最终取模型网格数量为217万。图2不同网格数量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4数学模型1.4.1多孔介质模型堆芯区域结构的简化导致冷却剂摩擦阻力和形状阻力减小，采用多孔介质模型进行阻力补偿。该模型通过在N-S方程中添加源项iS来模拟计算多孔材料中流体所受的阻力。212iiiSvCvv（2）式中，v为流体速度矢量；iv为i方向流体速度；是流体密度；为流体的动力粘性系数；1/为粘性阻力系数；C2为惯性阻力系数。因冷却剂流速较高，惯性损失项起主要作用，因此可以将压降定义为动压头的函数[9]:212iPCvv（3）根据式（3），利用小型压水堆实验满功率运行工况下的堆芯压降、冷却剂流速测量值，得到燃料组件的惯性阻力系数C2为12。横向阻力系数比惯性阻力系数大得多，且受到主流惯性力与堆芯元件几何结构的影响较大，一般通过试验测量得到[10]。参考以往研究，本文取横向阻力系数是惯性阻力系数的10倍[1,5]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]VVER型反应堆堆芯流量分配与组件冷却剂温升CFD分析[J]. 杜代全,曾小康,杨晓强,熊万玉. 原子能科学技术. 2015(03)
[2]秦山二期核电厂反应堆下腔室交混特性CFD分析研究[J]. 毛辉辉,卢川,张宏亮,何培峰. 原子能科学技术. 2015(01)
[3]ACPR1000+反应堆整体水力特性数值分析与比较[J]. 张明乾,段远刚,于晓雷,张平. 核动力工程. 2013(06)
[4]CPR1000反应堆三维数值模拟分析及验证[J]. 张明乾,冉小兵,刘言午,于晓雷,朱明莉. 核技术. 2013(10)
[5]基于CFD方法的自然循环反应堆冷却剂流动特性分析[J]. 卢川,张勇,鲁剑超,董化平. 核动力工程. 2012(S1)
[6]秦山核电站二期反应堆堆芯流量分配数值分析[J]. 张曙明,李华奇,赵民富,陈玉宙,杨夷,卫光仁. 核科学与工程. 2010(04)
[7]双环路压水堆非对称入口条件下物理-热工特性研究[J]. 桂学文,蔡琦,邾明亮. 原子能科学技术. 2010(S1)
[8]反应堆压力容器下封头三维流场计算[J]. 蒋晓华. 核动力工程. 2002(S1)
[9]压水堆堆内进口环腔及下腔室中冷却剂三维流动的数值模拟[J]. 姚朝晖,沈孟育,王学芳. 核科学与工程. 1996(03)
本文编号：3252345
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