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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2018年
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加速器驱动嬗变研究装置燃料组件热工水力学分析

范旭凯  
【摘要】:加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)采用液态金属铅铋作为反应堆冷却剂,燃料棒在燃料组件内呈三角形栅格排列并使用金属绕丝进行定位。液态金属铅铋冷却剂有良好的换热能力,并且化学惰性强,不与水发生反应,安全性较高。绕丝结构强迫冷却剂在流道内实现横向交混,使组件内温度分布更均匀,但绕丝结构增加了组件内流场的复杂程度,准确描述冷却剂在组件内的流动换热成为研究含绕丝组件热工水力设计的重点及难点。而液态铅铋的高温、不透明性和腐蚀性等特点增加了铅铋冷却剂环境下流动换热实验的难度,因此对绕丝组件内液态铅铋的流动换热进行数值模拟研究具有重要的意义。本研究工作参照CiADS的燃料组件设计方案和堆芯热工设计方案,考虑到计算资源及经济性,以其燃料组件局部7棒束、19棒束的单螺距及多螺距组件的几何模型为研究对象,进行了精细的几何建模和CFD模拟,对两种棒束几何模型的流场和温度场分布作了对比分析。重点针对组件子通道间隙内横向速度分布及其在轴向和横向周期性做了探究,提出了小几何模型结果映射到多棒束多螺距几何模型的延拓方法,可为燃料组件的设计计算提供参考。研究表明7棒束与19棒束燃料组件在流场与温度场分布特性有相似性。组件内由于绕丝结构的原因使速度场分布不均匀,有明显的的高速区与低速区,高速区一般分布在绕丝旋进方向上游位置。绕丝两侧存在压差,这是冷却剂横向交混的主要驱动。高温区主要分布在中心通道区域,且随绕丝旋进而旋转。7棒束模型中心通道、角通道的相邻间隙中横向速度分布规律与19棒束模型相似,横流分布在横向与轴向有明显周期性。对7棒束单螺距几何上的结果进行轴向、横向上的周期延拓所获得的解,可用于研究多棒多螺距几何下的横流分布特性。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TL352;TL503

【参考文献】
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