竖直圆管内跨临界压力区水对流传热数值模拟研究

应用CFD方法对跨临界压力区竖直圆管内水的对流传热进行了数值模拟研究。通过与实验结果比较，分析了浮升力因素的影响机理。研究结果表明，采用浮升力修正的k-ε两方程湍流模型可准确预测跨临界压力区正常对流传热现象。当流体温度达到拟临界点，尽管该模型可预测传热恶化现象，但与实验数据偏差较大，在水热物性及数值模型等方面有待进行更深入研究。     

10 mm垂直单管通道内超临界水传热弱化现象的实验与数值分析

超临界压力下的流体因拟临界点附近物性的剧烈变化,形成了非常奇特的传热现象。因流体密度突变,在低流量下会引起强烈的浮升力作用,对超临界流体的流动和传热均有极大影响。本工作通过实验获得10 mm单管内传热弱化现象的实验数据,并采用改进的低雷诺数湍流模型,使用数值方法模拟该传热弱化现象。计算结果表明,不同于以往传统的模型会高估壁面温度,改进的低雷诺数湍流模型能较好预测实验结果。数值模拟结果还揭示了浮升力对湍流剪切应力和速度分布的影响,进而引起传热弱化和传热恢复。     

竖直空气射流对氦气层侵蚀行为的数值模拟

核电厂在严重事故时会有大量氢气释放到安全壳中,为研究氢气在安全壳内的分层、混合、复合等复杂现象,OECD发起了SETH-2项目。在SETH-2框架内,PANDA实验台架上进行的ST1_7_2实验利用氦气替代氢气,来模拟竖直空气射流对氢气层侵蚀的过程。本文使用CFD技术对该实验进行了数值模拟,并分析了浮升力湍流模型以及不同湍流Schmidt数对模拟结果的影响。研究结果表明：数值模拟较好地再现了实验的侵蚀过程,但射流的侵蚀速率小于实验的侵蚀速率;使用不考虑浮升力的湍流模型进行模拟的结果显示,氦气层迅速被空气射流稀释,与实验现象不符,表明在定义湍流模型时必须考虑浮升力;不同湍流Schmidt数对ST1_7_2实验的数值模拟结果存在一定影响,但影响不大。     

管内超临界二氧化碳强迫对流传热浮升力效应数值研究

基于实验数据对管内超临界二氧化碳强迫对流传热中浮升力效应进行了数值研究。研究表明:较低质量流速和较高热流密度工况下,浮升力作用明显,进而引起流道径向和轴向速度重新分布,浮升力较强时甚至出现径向M形速度分布;当M形速度分布对应的零速度梯度点出现在粘性底层边缘时会明显弱化湍流的生成和扩散,引起传热恶化。基于实验工况的拓展计算表明:降低壁面热流密度、增大质量流速以及提高入口温度可以不同程度地缓解浮升力效应引起的传热恶化。     

超临界压力CO2在垂直管内对流换热数值模拟

对于超临界压力CO2在垂直圆管(din=2 mm)内高进口雷诺数(Re=9 000)条件下向上流动时的对流换热进行了数值模拟.通过与实验数据进行对比来验证湍流模型的可靠性,并研究变物性和浮升力对壁面温度和湍动能的影响.结果表明:在热流密度较高的情况下,向上流动时出现了局部换热恶化和换热强化现象,这主要归因于浮升力对湍动能分布的影响;采用LB湍流模型能较好地模拟这种换热现象;在热流密度较低的情况下,未出现上述换热现象.     

模拟热分层流场的湍流模型的比较及优化

对雷诺应力模型(RSM)在数值模拟热分层流场方面进行了优化，特别是改进了传统的模化方法，通过精确地计算湍流通量输运方程来求解加热湍流中非常重要的热浮力项，然后，将优化后的RSM、标准κ-ε湍流模型和考虑浮力项的κ-ε湍流模型对热分层流动和混合流动进行数值模拟。计算结果与实验数据相比较显示，RSM比其它的湍流模型更适合于计算各向异性的热分层流动。     

圆管通道内超临界水湍流模型的统计评价研究

目前,传统湍流模型在超临界水条件的适用性评价结论还存在不确定性,本质上由于模型本身限制,这种限制表现为湍流模型具有工况依赖性。为了研究这种工况依赖性,本研究依据获得的超临界水实验数据集,采用计算流体力学的多工况自动处理技术,完成了数据集内每个实验工况的计算模拟。基于实验数据集和统计方法,对不同湍流模型对实验数据的预测性能进行分析评价,给出不同湍流模型预测性能与热工参数的影响关系。     

管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究

采用CFD方法对燃料组件进行过冷流动沸腾数值模拟研究是反应堆热工水力分析的一项重要内容。本研究使用STAR CCM+基于欧拉双流体模型结合壁面沸腾模型对管内过冷流动沸腾进行数值模拟,得到了壁面温度、主流温度及空泡份额的分布。基于实验结果对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型的参数设置进行了敏感性分析。研究结果表明,对于欧拉双流体模型,并非网格量越多结果越准确,加热面第1层网格的高度对结果影响显著。湍流模型和曳力模型对计算结果影响较小,非曳力中的湍流耗散力及升力对结果影响较大。Li Quan或Hibiki Ishii汽化核心密度模型与Kocamustafaogullari气泡脱离直径模型组合对壁面温度及空泡份额的计算较准确。本研究可为反应堆燃料组件内过冷流动沸腾数值模拟提供参考依据。     

竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟研究

通过在计算流体力学软件(CFX)中添加用户程序实现对低压环管内水过冷沸腾的数值模拟。针对Lee等的过冷沸腾实验工况,利用Unal气泡脱离直径模型修正后的Tolubinsky关系式作为汽泡脱离直径关系式,采用Anglart关系式作为汽泡平均直径关系式。通过比较非曳力模型中不同升力模型、湍流耗散力模型对径向空泡份额分布的影响,提出模型的使用建议。将计算结果与实验进行比较,验证模型在低压工况范围内的适用性。     

竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟研究

通过在计算流体力学软件(CFX)中添加用户程序实现对低压环管内水过冷沸腾的数值模拟。针对Lee等的过冷沸腾实验工况,利用Unal气泡脱离直径模型修正后的Tolubinsky关系式作为汽泡脱离直径关系式,采用Anglart关系式作为汽泡平均直径关系式。通过比较非曳力模型中不同升力模型、湍流耗散力模型对径向空泡份额分布的影响,提出模型的使用建议。将计算结果与实验进行比较,验证模型在低压工况范围内的适用性。