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成核密度模型对弧形表面CHF的影响

李丹 杨戴博 李昆 黎刚 贾艺歌 姚璋 李昂

李丹, 杨戴博, 李昆, 黎刚, 贾艺歌, 姚璋, 李昂. 成核密度模型对弧形表面CHF的影响[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 56-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0056
引用本文: 李丹, 杨戴博, 李昆, 黎刚, 贾艺歌, 姚璋, 李昂. 成核密度模型对弧形表面CHF的影响[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 56-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0056
Li Dan, Yang Daibo, Li Kun, Li Gang, Jia Yige, Yao Zhang, Li Ang. Effect of Nucleation Density Model on CHF of Curved Surface[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 56-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0056
Citation: Li Dan, Yang Daibo, Li Kun, Li Gang, Jia Yige, Yao Zhang, Li Ang. Effect of Nucleation Density Model on CHF of Curved Surface[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 56-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0056

成核密度模型对弧形表面CHF的影响

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0056
详细信息
    作者简介:

    李 丹(1994—),女,硕士研究生,现主要从事核测量方面的研究,E-mail: 1327042196@qq.com

  • 中图分类号: TL334

Effect of Nucleation Density Model on CHF of Curved Surface

  • 摘要: 反应堆发生严重事故时,必须及时对反应堆压力容器(RPV)下封头进行外部冷却以降低下封头损毁可能性,事故期间下封头具有很高的热流分布,在实施外部冷却时可能出现由于过冷沸腾导致的气泡聚集而产生换热恶化从而烧毁。本研究利用ANSYS Fluent软件进行RPV外部冷却的临界热流密度(CHF)数值计算,并通过实验对比发现Basu Warrier和Dhir研究的成核密度模型可以很好地应用于球形表面CHF计算。通过对比球形和椭球形下封头CHF,认为椭球形下封头的CHF特性与球形结构完全不同,并不能用球形结构的实验和计算结果去推测椭球形结构的数值和变化规律。

     

  • 图  1  弧形流道二维几何模型

    Figure  1.  Two-Dimensional Geometry of Surved Surface

    图  2  网格整体和局部细节图

    Figure  2.  Grid Overall and Local Detail Diagrams

    图  3  加热因子a=1时的热流分布

    Figure  3.  Heat Flow Distribution with Heat Factor a=1

    图  4  不同成核密度模型下的CHF

    Figure  4.  CHF under Different Nucleation Density Models

    图  5  上海交通大学实验几何模型

    铜块(15°)—固体域为15°可移动铜块

    Figure  5.  Geometry of Test in Shanghai Jiao Tong University

    图  6  椭球形与球形下封头几何结构

    Figure  6.  Ellipsoidal and Spherical Geometry

    图  7  ULPU-V实验热流分布

    Figure  7.  Heat Flow Distribution of ULPU-V

    图  8  球形和椭球形下封头CHF随角度的分布

    Figure  8.  CHF Distribution with Angle of Ellipsoidal and Spherical Geometry

    表  1  弧形流道二维几何模型尺寸   单位:m

    Table  1.   Specific Size of a Two-Dimensional Geometry

    弧形流道
    内半径
    流道
    宽度
    进口
    宽度
    出口附加
    段高度
    入口腔
    室高度
    入口腔
    室宽度
    1.4850.0760.0760.30.3050.686
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    表  2  3种稀疏不同的网格数

    Table  2.   Three Different Grids

    网格类型单元格表面节点
    粗糙网格492849997350690
    基础网格139385281116141732
    精细网格202908408632205725
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    表  3  Basu Warrier-Dhir[11]模型下的CHF值

    Table  3.   CHF of Basu Warrier and Dhir Model[11]

    θ20°30°60°80°消除θ影响
    CHF/(MW·m−20.8840.83850.74100.69550.767
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    表  4  ULPU-V实验几何尺寸 单位:m

    Table  4.   Geometric Size of ULPU-V

    流体域固体域
    几何弧形流道
    内半径
    进口
    宽度
    流道宽度入口腔室出口延
    长高度
    厚度
    开始结束高度宽度
    几何11.4850.0760.0760.0760.3050.6860.30.076
    几何21.4850.0760.1520.1520.3050.6860.30.076
    几何31.4850.0760.0760.1520.3050.6860.30.076
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    表  5  上海交通大学实验几何模型具体尺寸 单位:m

    Table  5.   Specific size of Shanghai Jiao Tong University

    流体域内
    半径
    流道
    宽度
    出口附加段
    高度
    进口附加段
    高度
    固体域
    厚度
    20.150.310.08
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    表  6  实验值与数值计算值比较

    Table  6.   Comparison of Experiment and Numerical Calculation

    实验几何结构热流分布进口温度/
    流量/
    (m3·min−1)
    CHF计算值/
    (MW·m−2)
    气相换热位置CHF实验值/
    (MW·m−2)
    CHF实验位置误差/
    %
    ULPU-V实验几何1图7900.6441.50270.6°~78.3°1.78271°15.7
    几何2图7900.6901.45165.4°~79.1°1.67271°13.2
    几何3图7900.6891.55264.2°~78.1°1.91971°19.1
    上海交通大学实验7.5°均匀700.1250.955.4°~7.3°0.9530.30
    37.5°均匀980.1271.134.8°~35.8°1.030−6.8
    67.5°均匀980.1441.253°~55.5°1.158−3.63
    82.5°均匀980.1421.680°~83.4°1.534−4.30
      “—”表示实验中无明确数值
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    表  7  弧形流道几何尺寸 单位:m

    Table  7.   Specific Size of Curved Geometry

    流体域固体域
    弧形流道长轴弧形流道短轴流道宽度厚度
    1.8710.9350.0760.076
    1.4851.4850.0760.076
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-23
  • 修回日期:  2021-02-26
  • 刊出日期:  2021-08-15

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