建筑物周围流场与污染物扩散的数值与风洞模拟研究

在来流与建筑物一迎风侧之间不同角度情况下,采用k-ε(RNG)与LES两种湍流模型模拟了位于立方体建筑物顶部污染源所排放污染物的流动和扩散规律,并与相应的风洞实验结果进行了比较。流场分析结果表明,数值模拟能够较好的模拟建筑物顶部回流以及背风侧空腔区等。浓度场分析结果表明,建筑物顶部回流区的数值模拟结果与风洞实验结果基本一致,而在建筑物背风侧空腔区数值模拟结果略高于风洞实验结果。综合分析表明,LES、k-ε(RNG)模型都能够较好地模拟建筑物周围的流动和扩散规律,两种模型相比,LES模型与风洞实验吻合的更好。     

稳定层结条件下建筑物体对流场影响的数值模拟研究北大核心CSCD

采用RNG k-ε湍流模型模拟不同理查森数(Ri_(b))下立方体建筑物对流场结构的影响,并与相应的风洞实验结果进行了比较。CFD对归一化风速的数值模拟结果与风洞实验结果较好吻合;随着Ri_(b)的增大气流运动逐渐受浮力驱动,建筑物背风面的空腔区逐渐减小,特别是Ri_(b)≥0.82时,浮力对流场的恢复起主导作用。Ri_(b)=0.21附近,流场结构从湍流对流场结构起主导作用转化成与层流类似,建筑物顶部的高归一化湍流动能(k/u_(H)^(2))区域随着回流区的消失而消失。随着下风向距离的增加,不同Ri_(b)对流场结构与k/u_(H)^(2)的影响逐渐显现。     

复杂建筑物近场扩散的风洞模拟

介绍了在风尚卅采用雷诺数自准准则作为动力相似的判据对一特定建筑物布局的模拟试验。风洞实验采用1∶200的缩比模型，较好地模拟楼顶通风口排放。实验表明，建筑物对污染物弥散的影响是非常复杂的，不仅表现出非均匀、非定常特征，而且随着建筑物布局的改变和风向的变化，这种影响也是各异的。实践表明风洞试验是研究这类微小尺度的湍流扩散问题的一个有力工具。     

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。     

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。     

压水堆主泵飞轮周围间隙流中泰勒涡传热特性的数值研究

反应堆冷却剂主泵飞轮周围的间隙空间充满流体。飞轮按额定工况速度旋转时,间隙内流体作周向剪切流动的同时产生强烈的湍流泰勒涡二次流动,改变了飞轮间隙流的传热特性。本文采用不同的湍流模型对湍流泰勒涡进行了模拟,雷诺应力模型的模拟结果与现存实验结果最为接近。数值模拟显示,主泵飞轮圆柱面间隙中充满排列规则的周期泰勒涡对,飞轮端面间隙中出现覆盖全端面的扁环形涡胞。飞轮圆柱表面的当地热流密度和努塞尔数与泰勒涡一样呈明显的周期性变化规律。圆柱面泰勒涡对和端面涡胞增强了飞轮区域的传热能力,对飞轮和周围承力部件的温度分布产生重要影响。     

大空间内底部弧形加热段自然对流传热特性研究

为准确预测安全壳上封头的自然对流换热特性以保证堆芯余热安全排出，设计了采用底部弧形加热段的矩形封腔自然对流装置，研究导热率对底部弧形加热段和封腔内流体温度分布的影响，并基于开源软件OpenFOAM，采用数值模拟方法对比分析2种湍流模型和3种湍流热通量模型的适用性。结果表明，流体沿弧形面的流动受边界层和绕流脱体强化现象的影响，局部自然对流换热强度从顶部向两端先减小后增大；材料热导率对弧形面的温度分布影响比较大，但对于加热段外的流体温度分布影响极小；经过对AFM模型进行修正，得到了更适用于实验条件的模型参数值，修正后的模型对流体速度场的模拟更为准确且在更高功率工况下也得到验证。本研究可为后续方案设计的有效性评价提供参考。      

CFX中湍流模型用于分析超临界水传热的适用性评价

通过两组典型实验数据,对商业软件CFX的12种湍流模型用于模拟超临界水竖直向上流动传热的性能进行评价。研究结果表明：强迫对流时,BSL代数应力模型与实验结果符合最好,但各模型间差异均不大;混合对流时,基于壁面函数的ε类型湍流模型不能模拟传热恶化趋势,自动壁面处理的ω类型湍流模型能模拟出传热恶化的趋势,但各模型预测结果和实验结果相差较大。评价结果表明近壁面的处理方式对模拟结果影响很大。此外,基于湍流普朗特数模拟湍流热流密度及未考虑密度脉动对传热的影响均是导致不能正确模拟超临界水传热行为的因素,建议对湍流模型进行改进。     

液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究

采用高Re k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在圆管中湍流传热特性进行数值计算,并与文献实验结果进行了比较,计算值与实验结果符合较好。同时应用该方法研究了湍流程度和加热条件对液态钠传热特性的影响。结果表明：湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度流体传热特性的区别逐渐缩小。初始温度与热流密度对传热特性无明显影响。     

日本文殊快堆紧急停堆后堆芯出口腔室瞬态工况模拟研究

基于日本文殊快堆停堆实验数据,完成了文殊快堆上升桶通流孔结构分别为直角、圆角下堆芯出口腔室内较完整的热分层进程模拟,并从热分层的形成、界面上升速度、温度梯度及通流孔钠流量比率等方面对热分层特点进行深入分析。结果表明,数值模拟结果与实验结果符合较好,在一定条件下,数值模拟可很好地预测钠冷快堆内整体热工水力行为。本文结果为建立一套用于预测钠堆内复杂瞬态工况的数值模拟方法积累了经验。     

ADS铅铋自然循环热分层现象研究

为保障加速器驱动的次临界系统（ADS）的安全,采用计算流体力学分析方法,对ADS铅铋自然循环热分层现象进行数值模拟。研究结果表明：铅铋自然循环中,热分层最严重的区域存在于变温段,且在回路中热分层状态不同。回路温差较大时,流速提高,热分层现象较明显。回路管径较大时,流速降低,热分层现象不明显。流速较低时,局部区域热分层现象趋于消失;流速较大时,最大温差截面温差加大。     

稳压器波动管不同布置方式对热分层现象的影响

通过改变波动管的倾角建立了两种不同布置方式的波动管模型,采用计算流体力学(CFD)分析方法,分别对这两种模型的热分层现象进行数值模拟分析,比较不同流量下两种模型热分层现象的特点,并对两种模型热分层现象差异产生的原因进行分析。结果表明:两种模型热分层现象产生的位置和热分层覆盖范围不同,引起这些差异的原因主要是由于不同模型的波动管内流体流动不同。本研究能为优化波动管布置达到减弱热分层效应提供参考。     

日本文殊原型快堆堆芯出口腔室热分层现象数值模拟

本文利用商业CFD程序STAR-CCM+,采用合理的网格生成技术及物理模型,对日本文殊原型快堆堆芯出口腔室建立近似1∶1的模型,模拟分析40%额定功率停堆过程中堆芯出口腔室的瞬态工况,获得腔室内较为完整的热分层进程。结果表明：停堆2 min后腔室内出现稳定热分层现象;10～21 min时热分层通过上升桶桶顶位置;10～140 min热分层处于上升筒顶端位置附近期间,腔室内流型不稳定;140 min后热分层完全处于上升桶顶,桶内流型稳定且接近于停堆前。模拟结果与实验数据对比表明,停堆初期4 min内两者符合较好,表明本文模拟方法适用于停堆工况堆芯出口腔室热分层进程模拟;之后模拟进程明显快于实验,分析其偏差主要来自模拟边界及结构与实际的差异。     

具有强迫射流的大型腔体中的速度场和热分层实验分析(英文)

本文介绍在模拟实际非能动安全壳冷却系统及接近实际安全壳分隔区域尺寸的条件下,大型矩形腔体中由强迫射流所造成的速度场和热分层现象。推导了强迫射流动量何时打破分层现象的判断准则。分析了射流对混合与分层的影响。基于测量结果讨论了大型腔体中因射流与自然对流传热所造成的速度场。     

基于CFD方法的非能动余热排出系统数值模拟

本文应用FLUENT软件对APl000的非能动余热排出热交换器和换料水箱进行了数值模拟，分析了不同c型传热管数量和冷却剂入口温度对热交换器换热性能和换料水箱内热分层、自然循环现象的影响。分析表明，总体通流面积不变，随着传热管数量增加，热交换器出口温度变小，水箱水温整体提升，热分层现象显著，自然循环趋势明显；质量流量不变，随着冷却剂入口温度的增加，入口流速增加，热交换器出口温度变大，但降温幅度也变大，水箱平均水温升高，热分层范围扩大，自然循环流速加快。     

压水堆核电厂稳压器波动管热分层现象数值分析

为分析评价压水堆核电厂稳压器波动管热分层现象对波动管结构完整性的影响,采用计算流体力学(CFD)分析方法,对稳压器波动管热分层现象进行了数值模拟.研究了波动管内的流体流动,得到了稳压器波动管的传热特性、流体流场和温度分布,分析了稳压器波动管波动热分层现象与波动流速之间的关系.研究结果表明:波动流速在一定范围内变化时,管道最大截面温差随着波动流速的增大而增大.并且得到了不同波动流速下管道最大截面温差及其出现的位置,指出了热分层现象发生时波动管的薄弱环节.     

升功率工况下波动管热分层数值分析

以CPR1000稳压器波动管为研究对象,采用CFD方法,使用FLUENT软件,对反应堆功率增加瞬态工况下波动管热分层现象进行数值模拟研究,得到了波动管内热分层流体的流场和温度场分布,探讨了涡流效应对热分层分布的影响。结果表明：瞬态工况下波动管热分层与传统观念下的稳态热分层相比有很大不同,最显著的是T型三通区域,由于受到涡流效应的影响,流体热分层呈环形左右分布,而不再是稳态热分层的上下分布。本研究得到的瞬态工况下的温度分布结果可作为瞬态热应力分析的温度载荷,为后续的力学分析和疲劳分析奠定了基础。     

基于运行数据的船用堆波动管热分层现象研究

基于运行数据将船用堆波动管热分层划分为升功率、降功率、变工况、小喷淋流量4类典型瞬态,对4类典型瞬态分别进行无量纲里查德森数（Ri）分析、瞬态工况数值模拟计算,得到波动管在4类典型瞬态下水平管段的热分层区间长度、持续时间和最大温差。结果表明,升功率和降功率瞬态热分层仅单次贯穿波动管,升功率瞬态的接头部位循环的热波动以及小喷淋流量瞬态水平段的长区间、长时间、大温差的热分层现象和变工况导致的热应力波动可能影响到波动管的安全。本文提出的基于运行数据的波动管热分层现象研究方法为后续热应力和热疲劳分析奠定了基础,同时可以为其他容积设备热分层研究提供参考。      

管型对波动管热分层现象的影响分析

为分析评价压水堆核电厂稳压器波动管管型对热分层现象的影响,提出采用螺纹管来减弱热分层的措施。利用计算流体力学（CFD）分析方法,对升温、升压阶段波动管原型和改进模型的热分层现象进行数值模拟,得到两种模型不同波动流速下沿波动管轴线方向的截面最大温差分布以及流场分布。对比分析结果表明：波动管结构由光管改为螺纹管后流场紊动加强并出现涡流,冷热流体间的混合增强,与原型相比可使波动管的截面温差减小约1/3,从而有效地减弱热分层的影响。