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液态铅铋合金在绕丝燃料棒组件子通道间湍流交混数值模拟

王婧婕 朱大欢 卢涛 邓坚 蔡容

王婧婕, 朱大欢, 卢涛, 邓坚, 蔡容. 液态铅铋合金在绕丝燃料棒组件子通道间湍流交混数值模拟[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0030
引用本文: 王婧婕, 朱大欢, 卢涛, 邓坚, 蔡容. 液态铅铋合金在绕丝燃料棒组件子通道间湍流交混数值模拟[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0030
Wang Jingjie, Zhu Dahuan, Lu Tao, Deng Jian, Cai Rong. Numerical Simulation of Turbulent Mixing of LBE between Sub-Channels of Wire-Wrapped Fuel Assembly[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0030
Citation: Wang Jingjie, Zhu Dahuan, Lu Tao, Deng Jian, Cai Rong. Numerical Simulation of Turbulent Mixing of LBE between Sub-Channels of Wire-Wrapped Fuel Assembly[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0030

液态铅铋合金在绕丝燃料棒组件子通道间湍流交混数值模拟

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0030
详细信息
    作者简介:

    王婧婕(1996—),女,硕士研究生,现从事核反应堆热工水力研究,E-mail: 18811589233@163.com

    通讯作者:

    卢 涛,E-mail: likesurge@sina.com

  • 中图分类号: TK124

Numerical Simulation of Turbulent Mixing of LBE between Sub-Channels of Wire-Wrapped Fuel Assembly

  • 摘要: 液态铅铋合金(LBE)是第四代液态金属核反应堆候选冷却剂,由于LBE热物性具有一定的特殊性,亟待对LBE在燃料组件子通道中的流动与传热过程开展研究。本文对LBE在带绕丝燃料棒组件中湍流流动进行数值模拟与分析,将燃料棒壁面温度的数值模拟结果与响应的实验数据相比较,2者具有较高的吻合度,说明数学模型及数值结果具有较高的可靠性与准确性;使用湍流交混系数β表征LBE在不同子通道间、不同燃料棒间隙宽度与燃料棒直径比(S/D)结构下的湍流交混情况,结果表明,不同子通道间β波动程度具有差异性,β的大小与S/D呈负相关。基于不同S/D与雷诺数的计算结果,拟合出不同子通道间β关联式,为绕丝燃料棒三角形排列方式的燃料组件子通道分析程序开发提供交混模型。

     

  • 图  1  几何模型

    S—燃料棒间隙宽度;P—燃料棒中心距;D—燃料棒直径;E—燃料组件壁面对边距;H—绕丝螺距;d—绕丝直径

    Figure  1.  Geometric Model

    图  2  LBE横向速度分布矢量图

    Figure  2.  Vector Diagram of LBE Transverse Velocity Distribution    

    图  3  不同子通道间β分布

    Figure  3.  Distribution of β between Different Sub-Channels

    图  4  不同S/D下子通道间β分布

    Figure  4.  Distribution of β between Sub-Channels at Different S/D Values

    图  5  各子通道β

    Figure  5.  β for Different Sub-Channels

    表  1  燃料组件几何参数

    Table  1.   Geometric Parameters of Fuel Assembly

    参数名参数值
    燃料棒排列方式 三角形栅格排列
    燃料棒根数 7
    燃料棒直径/mm 8.2
    燃料棒中心距/mm 10.49
    燃料棒间隙宽度/mm 2.29
    燃料棒长度/mm 870
    绕丝直径/mm 2.2
    绕丝螺距/mm 328
    燃料组件壁面对边距/mm 31.6
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    表  2  燃料棒壁面温度与子通道LBE温度的计算结果与实验结果对比

    Table  2.   Comparison of Calculation and Experimental Results of Fuel Rod Wall Surface Temperature and LBE Temperature in Sub-Channels

    z=0.0546 m燃料棒(实验)序号燃料棒(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    11221.2213.8−3.34
    82219.8218.0−0.80
    103217.2216.0−3.68
    145222.5216.2−2.82
    187216.1214.7−0.66
    子通道(实验)序号子通道(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    11204.7203.1−0.81
    257206.1200.9−2.50
    3713201.7200.3−0.71
    z=0.6013 m燃料棒(实验)序号燃料棒(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    11295.2278.1−5.79
    103268.3239.2−10.86
    145264.7245.3−7.32
    166261.2255.5−6.09
    187278.3274.1−1.51
    子通道(实验)序号子通道(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    55272.2263.9−3.04
    3311254.4236.7−6.56
    4117238.0223.5−6.1
    z=0.8200 m燃料棒(实验)序号燃料棒(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    11318.0291.4−8.35
    103287.5258.1−10.21
    124280.6263.5−6.11
    145295.1291.8−1.12
    187287.8265.4−7.77
    子通道(实验)序号子通道(CFD)序号实验值/℃CFD结果/℃误差/%
    33298.1277.4−6.93
    299275.4248.7−9.71
    3915259.9233.5−10.14
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-03
  • 修回日期:  2021-05-21
  • 刊出日期:  2021-09-30

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