基于两相CFD方法的竖直圆管环状流预测研究

基于欧拉-拉格朗日方法，结合壁面液膜模型，模拟圆管环状流中的液滴与连续气相的相互作用、液滴在壁面处的沉积与夹带、液膜的沸腾与蒸发等关键物理现象。通过与瑞典皇家理工学院的环状流实验结果比较，评价欧拉-拉格朗日方法对环状流的预测精度。比较结果表明，数值模拟得到的液膜质量流量与实验测量结果吻合良好，证明所采用欧拉-拉格朗日方法及本构模型能够较准确地模拟环状流动。      

中子扩散三维非均匀变分节块法及平源加速方法研究

作为三维全堆芯非均匀输运计算的基础,基于扩散近似提出了三维非均匀变分节块法,能够采用节块内部的等参有限元和节块轴向表面的分片常量精细描述燃料棒的非均匀几何结构,消除均匀化过程。同时,为了降低计算代价,相应地提出了平源加速方法(FS)。数值结果表明,该方法具有可靠的精度,且FS能够在不影响精度的前提下有效地降低计算内存和计算时间。     

定位格架下游流场可视化实验方法研究

粒子成像测速(PIV)和激光多普勒测速(LDV)等可视化测量技术被应用于定位格架下游流场的实验研究时,棒束对激光的遮挡或折射导致的光学图像或信号的畸变,限制了测量位置。使用折射率补偿技术针对组件内高雷诺数流动提出了FEP和水以及有机玻璃和碘化钠水溶液的折射率补偿方案。实验验证表明,2种折射率补偿方案可应用于可视化测量,获得棒后方流场信息。     

锆-4在冷却水中的骤冷沸腾传热实验研究

为了研究锆-4在冷却水中的骤冷行为与沸腾传热特性,本文采用可视化方法,并测量了锆-4在骤冷过程中的温度变化。基于一维导热反问题求解,计算得到锆-4表面的热流密度和温度。在骤冷过程中锆-4会依次经历膜态沸腾、过渡沸腾、核态沸腾以及单相对流换热4个阶段,并且分析了轴向高度和冷却水过冷度对骤冷行为以及沸腾传热的影响。结果表明,随着过冷度的增大,骤冷时间减小,最小膜态沸腾温度增大,并且核态沸腾与过渡沸腾传热受加热表面局部特性影响显著,并建立了锆-4表面最小膜态沸腾温度的关系式,对反应堆的安全分析具有重要的意义。      

过冷流动沸腾中汽泡脱离直径的理论研究

汽泡脱离直径模型是壁面沸腾计算中的一个重要子模型。为了正确预测过冷流动沸腾中的壁面传热情况,研究结合新改进的汽泡生长模型,采用力平衡方法对过冷流动沸腾中的汽泡脱离直径进行了模拟。汽泡生长模型同时考虑了微液层、过热层和汽泡顶部过冷液体层对汽泡生长所做的贡献,并采用饱和沸腾与过冷沸腾2个实验对其进行了验证,结果表明预测曲线与实验值吻合良好。另外,选取了3个过冷流动沸腾实验来验证汽泡脱离直径模型,模拟结果均在可接受的误差范围内。      

7棒束超临界氟利昂流体流动传热数值分析

超临界水冷堆相对目前压水堆具设备简化、热效率高等显著优点,而相关实验研究公开资料受到研究成本和实验技术限制相当有限,数值分析在超临界流动传热方面的应用逐渐广泛却缺乏相应的实验数据验证。在7棒束内超临界氟利昂流体流动传热实验的基础上,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件STAR-CCM+、子通道软件COBRA-SC分别对三种典型工况的流动传热进行数值分析。对壁面温度的预测结果表明,流体温度低于拟临界点条件下,STARCCM+的计算结果低于实验值,温度误差在8%内;流体温度高于拟临界点条件下,STAR-CCM+的计算结果高于实验值,温度差值在16%内。改造后的COBRA-SC程序计算得到的典型通道流体温度与STAR-CCM+结果一致,且COBRA-SC的计算对壁面温度做出了十分接近于实验值的预测。研究表明,STAR-CCM+和COBRA-SC均能对棒束内超临界流体流动传热做出了较好的趋势预测,但对于流体温度跨越拟临界点温度条件下的模型需要进一步完善。     

泡核沸腾两相CFD模拟的参数敏感性分析与模型验证

预测偏离泡核沸腾(DNB)型的临界热流密度(CHF)是压水堆热工水力分析的重要内容。基于计算流体力学(CFD)方法预测CHF需要准确预测空泡份额在截面上(尤其是壁面附近)的分布。本文使用商用CFD程序STAR-CCM+对泡核沸腾状态下DEBORA竖直上升流均匀加热圆管实验进行模拟。经过敏感性分析,找出对空泡份额、气体速度、液体温度和气泡直径四个物理量的径向分布以及轴向壁面温度分布有显著影响的模型参数。基于一组实验数据,通过调整关键模型参数重新标定了相间作用模型,并将标定过的计算模型应用到其他工况验证其适用性,得到了较好的结果。本研究为后续将两相CFD计算应用于DNB型CHF的预测打下了基础。     

基于多表面封闭系统网络法的钠冷快堆乏燃料组件内部传热数值分析

钠冷快堆乏燃料组件在转运过程中会暴露在气体环境中，散热性能明显下降。为预测乏燃料组件在气体环境中的温度分布，特别是避免燃料组件包壳最高温度超过设计限值，本文建立了基于多表面封闭系统网络法的数值模型，以此为基础开发了数值分析程序。通过与37棒束模拟组件实验数据的对比，验证了程序的可靠性。通过与Manteufel-Todreas双层模型预测结果的比较，证明了程序更具有保守性。另外，比较了均匀与非均匀加热两种情况下的温度分布，分析了加热功率、表面发射率对温度的影响。     

基于丝网技术的矩形通道空泡份额测量研究

对于矩阵窄缝通道，基于丝网测量技术，通过改进传感器探头结构，设计了一种新型的非侵入式空泡份额测量传感器。设计气水两相实验，使用该传感器以及高速相机同时对矩形窄缝通道进行测量，通过数据的对比，验证了该传感器的可行性。此外，开发了适用于该传感器的后处理程序。基于高速相机测量结果，对后处理程序中的相关算法进行比对，结果表明，Lanczos算法和Canny算法与高速相机拍摄结果更加接近，更适用于本文所提出传感器的数据处理。      

基于丝网传感器的5×5棒束通道空泡分布测量研究

为研究压水反应堆燃料组件棒束通道内的两相分布规律,设计并制造了适用于棒束通道的丝网传感器模块,开展了5×5棒束通道内空气-水泡状流的空泡分布测量实验,分析了棒束通道内空泡份额的分布规律及气泡尺寸对空泡分布的影响。实验结果表明,发生横升力方向反转的小气泡在壁面附近聚集、大尺寸气泡则聚集在子通道中心;常温常压下发生横升力方向反转的临界气泡直径在4~6 mm之间,证明了横升力模型在棒束通道中的适用性。