超临界水冷堆(SCWR)是利用核能的超临界发电技术,效率高,经济性和安全性好。SCWR工质在燃料棒构成的堆芯流道流动传输核裂变释热,通道结构复杂,且定位格架的存在又使堆芯通道内的流动传热发生改变。
受到技术的限制,试验难度较大,且不能很好地观察通道内的流场情况,因此数值研究堆芯流动传热成为一种有效手段。本文首先以SCWR三角形通道试验为基础对光滑通道开展了数值研究,分析了光滑通道内不同热工参数对传热规律的影响、固体导热的影响以及流动传热过程的熵产变化。
其次基于带定位格架通道试验建立几何模型,验证了湍流模型,进行网格无关性校验,分析了有无定位格架的传热特性。最后分析了不同型式定位格架对堆芯通道内流场及传热的影响,以及对定位格架结构参数的影响进行了对比分析。
对光滑通道分析结果表明,压力的影响主要体现在拟临界区,随着压力的增大,传热系数峰值逐渐降低。质量流速的提高可有效强化传热。
数据抽取
增加热流密度,内壁温度逐渐升高。采用流固耦合时的内壁温度较大,传热系数较小。
主流熵产随着焓值的增大,先减小后逐渐上升,在熵产最小时存在传热强化现象;对带定位格架通道建立流固耦合计算模型,计算发现SSG湍流模型可以较好地考察其内超临界水的传热特性。对不同型式定位格架下堆芯通道内流场及传热数值研究表明,在流经标准型定位格架时,截面主流速度大幅度提高,壁温迅速降低,传热系数迅速增大。
在紧邻定位格架下游径向湍流动能变化幅度最大,通道中心区域压力降低;末端流阻片的存在,使通道中心圆形范围内流速分布不均,湍流动能显著增大,在格架末端壁温迅速降低。截面上形成多个速度不等的漩涡,二次流分布极其不规则;由于受到交错叶片的搅混扰动作用,二次流最大速度分布在棒束加热壁面处,在通道内二次流形成一个速度较大的绕壁流动,湍流作用增强。
格架下游整个通道内流场被扰乱,促进了流体与壁面之间的换热。分析定位格架结构参数对流动传热的影响发现,在定位格架处,随着格架本体端面厚度越大,壁面温度更低,造成的压降越大;随着阻流片直径增大,在定位格架末端壁面温度急剧下降,格架上游压力增大幅度明显;交错叶片与轴向夹角越大,传热弱化现象开始发生的截面位置离定位格架末端越近;不同型式
定位格架在本体及下游均出现传热强化区域,在这一区域壁面温度远小于无定位格架。
模具特氟龙
无论哪种结构的定位格架,沿轴向总压降均大于无定位格架。阻流片型定位格架的压降稍大于交错叶片型定位格架,因定位格架末端的流动强化特征结构不同,后者更具有流线性,造成的结构阻力相对较小。
本文研究得到了国家自然科学基金(NO.51406026)和河南省高校创新人才计划(NO.2012HASTIT018)的支持。模具计数器
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