棒束内湍流流动特性的PIV与CFD研究

发布时间：2021-10-22 10:38

　　在压水堆燃料组件的定位格架下游,局部扰动沿流动方向逐渐衰减,流场最终趋于稳定。光滑棒束区冷却剂的湍流流动和交混特性是影响反应堆经济性和安全性的重要因素,有必要进行深入研究。本文采用粒子图像测速（PIV）与数值模拟（CFD）相结合的方法,对3×3小规模棒束内水的流动特性进行研究,得到了一阶平均流速以及二阶湍流统计信息。结果表明,中心子通道的速度明显高于棒间隙区,但轴向均方根速度呈现出相反的变化趋势。在相邻子通道横向速度梯度的作用下,棒束内出现了大尺度的流量脉动现象,且脉动波长随雷诺数的增加而增大。此外,实验得到的湍流交混系数较压水堆采用的Castellana公式预测值偏高10%左右,这一偏差随雷诺数的增加有减小的趋势。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

实验回路系统

1.2 实验段棒束实验段结构如图2所示,去离子水由底部进入实验段,在腔室内充分混合后向上流经3×3棒束区,随后在顶部腔室汇集后流出实验段。3×3棒束由直径为9.5 mm的不锈钢棒组成,相邻棒的中心距为12.6 mm,实验段水力当量直径为7.54 mm。中部为长度280 mm的透明区域,其中6根不锈钢棒由透明FEP管代替(如横截面A-A),外壁由亚克力玻璃加工成型,通过法兰与上游和下游实验段连接。25 ℃时FEP的折射率为1.338,与水的折射率1.33非常接近,通过匹配折射率的方法能减小两种材质交界面附近示踪粒子的位移误差。此外,FEP管外径设计为9.5 mm、壁厚设计为0.5 mm,薄壁可保证测量区处于高透明状态。在实验棒束与顶部和底部腔室以及法兰连接的位置均安装有定位格架,用来支撑和定位不锈钢棒。本实验主要关注棒束稳定流动区的湍流特性,定位格架的结构不同于真实燃料组件中的格架,而是在实现定位作用的同时最大限度地增加流通面积,减小对流场的干扰。

LES的思想是使用滤波函数在空间滤波,将湍流分为大尺度涡和小尺度涡,其中大尺度涡直接求解,而小尺度涡则采用亚格子尺度模型进行模化,过滤尺度主要取决于所划分的网格。LES的横截面网格划分如图3所示,近壁面第1个网格距离设置为0.003 mm,径向网格伸展率为1.2,沿流动方向和每根棒周向分别设置151和180个网格节点,总网格数为1 600万。计算过程中最大y+约为0.2,沿展向和流动方向的空间分辨率分别为9.5和76.2,满足大涡模拟的分辨率要求[9]。雷诺时均模拟的横截面网格划分与图3类似,经网格无关性验证后总网格数选取为300万。2.3 计算模型与求解设置

【参考文献】：
期刊论文
[1]棒束通道内定位格架搅混特性PIV可视化研究[J]. 李兴,谭思超,祁沛垚,米争鹏,何宇豪.  原子能科学技术. 2019(04)
[2]激光诱导荧光技术对棒束通道内定位格架搅浑特性研究[J]. 黄云龙,谭思超,米争鹏,李兴,苏建科.  原子能科学技术. 2018(05)



本文编号：3450928