基于CFD的超临界水棒束内流动传热研究
发布时间：2021-10-21 20:35
准确可靠地预测棒束内超临界水流动传热行为对超临界水冷堆堆芯热工水力研究具有重要意义。为了评价湍流模型在棒束内超临界水流动传热计算中的性能，本文以开源CFD软件包OpenFOAM为数值分析工具，基于上海交通大学超临界水棒束试验数据,评价了k-ω SST模型和realizable k-ε模型在预测布置有简单定位格架的四棒束内超临界水流动传热现象时的性能。同时,还将OpenFOAM模拟所得的加热棒内壁温轴向分布同实验结果以及SSG模型的CFX计算结果进行了比较，发现三种湍流模型均过低地估算了超临界压力下水在棒束流道内的换热能力，由于k-ω模型在壁面附近较k-ε模型有优势，而realizable k-ε模型和SSG模型均为ε类模型，所以在远离定位格架的区域k-ω SST模型预测结果同实验值最为接近。但由于realizable k-ε模型和k-ωSST模型均采用了湍流粘度修正，过度地抑制了定位格架附近的湍流动能产生项，因而得到定位格架附近与实验不符的温度变化趋势。综合评价本文所考察的湍流模型，k-ω SST模型的模拟结果较优，然而为了更精确地模拟超临界压力下棒束内的流动传热现象，湍流模型仍然有待...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 研究和发展现状
1.2.1 超临界水冷堆的设计和研究
1.2.2 超临界流体传热研究
1.3 本文研究内容
第二章 数值模拟理论基础及模拟工具简介
2.1 数值模拟基本理论
2.1.1 描述流动与传热的控制方程
2.1.2 控制方程的通用形式及离散
2.1.3 数值解法简介
2.2 OpenFOAM简介
2.2.1 OpenFOAM基本构架
2.2.2 OpenFOAM求解过程
2.2.3 在OpenFOAM中加入超临界水物性模块
2.3 湍流模型
2.3.1 RANS方程组
2.3.2 k-ω SST模型
2.3.3 realizable k-ε模型
2.3.4 壁面函数
2.4 本章小结
第三章 针对超临界棒束内流动传热的湍流模型评价
3.1 数值计算模型
3.1.1 实验工况及边界条件
3.1.2 几何模型及网格划分
3.1.3 网格无关性检验
3.2 流场的预测
3.2.1 子通道速度分布
3.2.2 子通道湍动能分布
3.3 温度分布的预测
3.3.1 加热棒内壁温分析
3.3.2 子通道温度分布
3.4 本章小结
第四章 绕丝结构对超临界水棒束流动传热的影响
4.1 LVR堆实验条件
4.1.1 运行工况及边界条件
4.1.2 几何模型及网格划分
4.2 绕丝结构对流动的影响
4.2.1 绕丝对壁面剪切应力的影响
4.2.2 绕丝对流速的影响
4.2.3 绕丝对湍流动能的影响
4.2.4 绕丝对压力分布的影响
4.3 绕丝结构对传热的影响
4.3.1 绕丝结构对子通道温度分布的影响
4.3.2 绕丝结构对燃料棒表面温度分布的影响
4.4 本章小结
第五章 节径比对棒束内超临界水流动传热的敏感性分析
5.1 敏感性分析计算工况
5.2 流场的敏感性
5.2.1 流体速度
5.2.2 湍流动能
5.3 传热的敏感性
5.3.1 壁面温度
5.3.2 子通道流体温度
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 前景与展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]三角形排列的紧密栅元棒束内流动行为的数值模拟[J]. 于意奇,杨燕华,顾汉洋,程旭,宋小明,王小军. 核动力工程. 2009(S1)
[2]超临界水冷堆述评[J]. 陆道纲,彭常宏. 原子能科学技术. 2009(08)
硕士论文
[1]四棒束超临界水流动传热数值研究[D]. 何斯琪.上海交通大学 2013
本文编号：3449680
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 研究和发展现状
1.2.1 超临界水冷堆的设计和研究
1.2.2 超临界流体传热研究
1.3 本文研究内容
第二章 数值模拟理论基础及模拟工具简介
2.1 数值模拟基本理论
2.1.1 描述流动与传热的控制方程
2.1.2 控制方程的通用形式及离散
2.1.3 数值解法简介
2.2 OpenFOAM简介
2.2.1 OpenFOAM基本构架
2.2.2 OpenFOAM求解过程
2.2.3 在OpenFOAM中加入超临界水物性模块
2.3 湍流模型
2.3.1 RANS方程组
2.3.2 k-ω SST模型
2.3.3 realizable k-ε模型
2.3.4 壁面函数
2.4 本章小结
第三章 针对超临界棒束内流动传热的湍流模型评价
3.1 数值计算模型
3.1.1 实验工况及边界条件
3.1.2 几何模型及网格划分
3.1.3 网格无关性检验
3.2 流场的预测
3.2.1 子通道速度分布
3.2.2 子通道湍动能分布
3.3 温度分布的预测
3.3.1 加热棒内壁温分析
3.3.2 子通道温度分布
3.4 本章小结
第四章 绕丝结构对超临界水棒束流动传热的影响
4.1 LVR堆实验条件
4.1.1 运行工况及边界条件
4.1.2 几何模型及网格划分
4.2 绕丝结构对流动的影响
4.2.1 绕丝对壁面剪切应力的影响
4.2.2 绕丝对流速的影响
4.2.3 绕丝对湍流动能的影响
4.2.4 绕丝对压力分布的影响
4.3 绕丝结构对传热的影响
4.3.1 绕丝结构对子通道温度分布的影响
4.3.2 绕丝结构对燃料棒表面温度分布的影响
4.4 本章小结
第五章 节径比对棒束内超临界水流动传热的敏感性分析
5.1 敏感性分析计算工况
5.2 流场的敏感性
5.2.1 流体速度
5.2.2 湍流动能
5.3 传热的敏感性
5.3.1 壁面温度
5.3.2 子通道流体温度
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 前景与展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]三角形排列的紧密栅元棒束内流动行为的数值模拟[J]. 于意奇,杨燕华,顾汉洋,程旭,宋小明,王小军. 核动力工程. 2009(S1)
[2]超临界水冷堆述评[J]. 陆道纲,彭常宏. 原子能科学技术. 2009(08)
硕士论文
[1]四棒束超临界水流动传热数值研究[D]. 何斯琪.上海交通大学 2013
本文编号：3449680
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3449680.html
