乏燃料组件流动与换热数值分析
【摘要】：核电技术涉及范围很广，包括反应堆物理、反应堆热工水力、反应堆控制、反应堆结构和材料等。热工水力设计主要目的是保证反应堆堆芯在各种运行工况下都能得到足够的冷却，这里燃料组件热工水力计算是主要分析工作之一。燃料组件格架是燃料组件重要结构部件直接影响其热工水力特性，本文利用CFD方法分析了带搅混翼格架燃料组件流动传热特性。所做工作主要有：对复杂格架模型的几何生成与网格划分，堆芯工况下格架特性的数值模拟，乏燃料水池工况下格架流场与温场分析。
组件模型取一个周期的5×5燃料组件进行分析，应用UG三维造型软件进行几何模型的建立，网格划分软件为ICEM CFD，划分方法采取混合网格方法。光滑棒束部分划分六面体，格架段复杂几何部分利用自动四面体方法，最终对两部分网格进行合并，边界层网格利用Tgrid软件生成。本文最终采用多面体与六面体网格混合网格进行计算，多面体网格在FLUENT软件中转换生成。
计算结果展示了棒束间流动分布与温度分布，横截面横向流动云图与温度云图，形状阻力系数以及棒束表面温度分布。比较分析了三种计算模型：光棒模型、搅混翼模型以及完整格架模型，计算结果表明在堆芯工况下带搅混翼格架燃料组件与光棒模型相比明显增强了横向流动并降低了棒束表面最高温度。完整格架模型与搅混翼模型相比较，完整格架模型的刚突弹簧结构对流场影响明显，温度场由于接触部位的复杂性会在接触处表面有温度较高区域，需要对格架设计时减少接触部位的面积以防止接触处的温度分布恶化。对于乏燃料水池工况下格架依然起到一定搅混作用，但非常微弱，刚突弹簧在此工况下对流场以及温场影响可以忽略。对两种工况下完整格架组件模型进行比较分析，观察主流速度与横向流动变化，乏燃料水池组件内横向流动在距离格架出口50mm处消失，堆芯工况下至组件出口横向流动变弱但仍未消失。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TL352
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