液态铅铋合金对流换热数值模拟及机理研究

发布时间：2022-12-08 03:27

　　全球能源危机日益严重,核能是解决全球能源危机的主要途径之一,但是核能发电过程中产生的大量核废料的处理制约着核能的快速发展。ADS可以解决核乏料问题,但是ADS次临界堆堆芯在运行中会产生非常多的热量,为保证整个反应堆安全运行,必须具有高效且稳定的二回路冷却系统。与水和碱金属等冷却剂相比,液态铅铋共晶合金（Lead-Bismuth Eutectic,LBE）具有低熔点,高沸点,较好的中子性能和良好的自然循环能力等突出优点,是目前ADS系统设计中散裂靶和回路冷却剂的首选材料。在上述背景下,本文主要对液态LBE的对流换热特性进行研究。由于液态LBE不同于常规流体（水）,其普朗特数远低于水,即使在充分的湍流流场中,分子扩散仍然占据重要地位。因此在进行数值模拟过程中,需要选用合适的湍流普朗特数模型,对基于雷诺平均的数值模拟求解方法进行修正。本文首先运用不同的湍流模型和湍流普朗特数模型对液态LBE在环形通道内的对流换热进行数值模拟,将获得的数值结果与实验测量值进行对比,发现使用可修正k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型与Cheng湍流普朗特数模型相结合的计算模型,数值结果准确度更高。然后对主换热器... 

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 液态LBE热工水力实验研究进展
        1.2.2 液态LBE热工水力数值模拟研究进展
        1.2.3 液态LBE换热器研究进展
    1.3 本文的主要研究内容与研究目标
    1.4 本章小结
第2章 液态LBE在圆管外的流动换热数值模拟
    2.1 物理模型和网格划分
        2.1.1 物理模型
        2.1.2 网格划分
    2.2 液态LBE流动的控制方程
        2.2.1 质量守恒方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
    2.3 湍流模型
    2.4 湍流普朗特数模型
    2.5 物性参数和边界条件设置
    2.6 计算工况
    2.7 数值计算结果及分析
        2.7.1 标准k-ε湍流模型不同湍流普朗特数计算结果
        2.7.2 可修正k-ε湍流模型不同湍流普朗特数计算结果
        2.7.3 SST k-ω模型不同湍流普朗特数计算结果
        2.7.4 误差分析
    2.8 本章小结
第3章 液态LBE-高压水换热器数值模拟
    3.1 换热器的几何模型
        3.1.1 CiADS主换热器原理样机物理模型
        3.1.2 CiADS主换热器原理样机结构简化
    3.2 网格划分和网格无关性验证
    3.3 物性参数及边界条件设置
    3.4 数值模拟计算结果分析
        3.4.1 流场分析
        3.4.2 压力场分析
        3.4.3 温度场分析
    3.5 本章小结
第4章 液态LBE-高压水换热器换热性能实验
    4.1 实验系统与设备
    4.2 实验数据采集与不确定度分析
    4.3 实验步骤
    4.4 实验结果分析
    4.5 本章小结
第5章 换热器换热性能的影响因素分析
    5.1 评价标准
        5.1.1 液态LBE和高压水的雷诺数
        5.1.2 换热器的传热系数
        5.1.3 换热器壳侧液态LBE换热经验关系式
        5.1.4 换热器管侧高压水换热经验关系式
    5.2 数值模拟计算工况
    5.3 结果分析
        5.3.1 液态LBE对流换热特性分析
        5.3.2 换热器换热能力影响因素分析
            5.3.2.1 高压水入口温度对换热器换热性能的影响
            5.3.2.2 高压水质量流量对换热器换热性能的影响
            5.3.2.3 液态LBE入口温度对换热器换热性能的影响
            5.3.2.4 液态LBE质量流量对换热器性能的影响
    5.4 本章小结
第6章 换热器结构优化
    6.1 评价标准
    6.2 物理模型和边界条件
    6.3 数值模拟结果分析
        6.3.1 支承板数量对流场的影响
        6.3.2 支承板数量对压力场的影响
        6.3.3 支承板数量对温度场的影响
        6.3.4 最佳支承板数量
    6.4 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 主要工作和结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]环形通道内液态铅铋合金流动换热特性实验研究[J]. 朱锋杰,武俊梅,石磊太,苏光辉.  原子能科学技术. 2019(05)
[2]中国加速器驱动嬗变研究装置次临界反应堆概念设计[J]. 彭天骥,顾龙,王大伟,李金阳,朱彦雷,秦长平.  原子能科学技术. 2017(12)
[3]铅基研究堆燃料组件阻力特性模拟实验与分析[J]. 李勇,吕科锋,陈刘利,高胜,黄群英.  核安全. 2017(01)
[4]加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择[J]. 骆鹏,王思成,胡正国,徐瑚珊,詹文龙.  物理. 2016(09)
[5]带绕丝燃料组件在铅铋介质下的阻力特性实验研究[J]. 吕科锋,陈刘利,岳晨冲,高胜,黄群英.  核动力工程. 2015(06)
[6]传热强化评价依据及其进展研究[J]. 李丽君.  冶金动力. 2015(12)
[7]ADS的液态LBE-氦气换热器优化[J]. 孟瑞雪,蔡军,淮秀兰,陈飞.  原子能科学技术. 2015(07)
[8]铅基反应堆研究现状与发展前景[J]. 吴宜灿,王明煌,黄群英,赵柱民,胡丽琴,宋勇,蒋洁琼,李春京,龙鹏程,柏云清,刘超,周涛,金鸣,FDS团队.  核科学与工程. 2015(02)
[9]铅基反应堆主换热器结构优化及热工水力分析[J]. 王桂梅,陈红丽.  中国科学技术大学学报. 2014(12)
[10]液态铅铋合金热物性研究[J]. 苏子威,周涛,刘梦影,邹文重.  核技术. 2013(09)



本文编号：3713454