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铅水反应中铅铋合金凝固的数值模拟

刘达霖 刘晓晶 黄彦平 宫厚军

刘达霖, 刘晓晶, 黄彦平, 宫厚军. 铅水反应中铅铋合金凝固的数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0007
引用本文: 刘达霖, 刘晓晶, 黄彦平, 宫厚军. 铅水反应中铅铋合金凝固的数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0007
Liu Dalin, Liu Xiaojing, Huang Yanping, Gong Houjun. Numerical Simulation of Lead-bismuth Alloy Solidification in Lead-water Reaction[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0007
Citation: Liu Dalin, Liu Xiaojing, Huang Yanping, Gong Houjun. Numerical Simulation of Lead-bismuth Alloy Solidification in Lead-water Reaction[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0007

铅水反应中铅铋合金凝固的数值模拟

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0007
基金项目: 国防科技工业核动力技术创新中心项目(HDLCXZX-2020-ZH-024)
详细信息
    作者简介:

    刘达霖(1994—),男,硕士研究生,现主要从事先进反应堆热工水力方面的研究,E-mail: ldalin579@qq.com

  • 中图分类号: TL343

Numerical Simulation of Lead-bismuth Alloy Solidification in Lead-water Reaction

  • 摘要: 为了研究铅铋合金在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故所引发的铅铋合金与水反应过程中的凝固机理,通过耦合VOF模型、Realizable k-ε湍流模型、凝固传热模型,利用FLUENT软件建立了铅铋合金与水反应过程的二维仿真模型,并将该模型与现有反应实验的结果进行对比验证。随后基于热焓法建立可以直观描述铅铋合金凝固现象的凝固传热特性热焓方程,通过控制模型变量研究影响铅铋合金凝固发生的因素及条件,最后将该模型应用于复杂结构场景中。结果表明,铅铋合金与水的温差、水流喷射初始速度、注水管径是影响铅铋合金凝固的主导因素,本文提出的模型具有较高可靠性,能够模拟实际工况中铅铋合金的凝固现象。本研究所得到的机理性结论与现象学结论能够为铅基快堆安全分析提供理论支撑。

     

  • 图  1  LIFUS-5实验工况仿真结果

    T—从注水开始所经过的时间;下同

    Figure  1.  Simulation Results of LIFUS-5 Experimental Conditions

    图  2  仿真模型监测结果与LIFUS-5实验数据的对比

    10、50、100 mm——距入射口的距离

    Figure  2.  Comparison of the Monitoring Results of the Simulation Model with the Experimental Data of LIFUS-5

    图  3  KYLIN-Ⅱ-S实验工况仿真结果

    Figure  3.  Simulation Results of KYLIN-Ⅱ-S Experimental Conditions

    图  4  仿真模型监测结果与KYLIN-Ⅱ-S实验数据的对比

    Figure  4.  Comparison of the Monitoring Results of the Simulation Model with the Experimental Data of KYLIN-Ⅱ-S

    图  5  不同温差下凝固时间对比

    Figure  5.  Comparison of Solidification Time under Different Temperature Differences

    图  6  不同喷射初始速度下凝固时间对比

    Figure  6.  Comparison of Solidification Time under Different Initial Injection Speeds

    图  7  不同注水管径下凝固时间对比

    Figure  7.  Comparison of Solidification Time under Different Water Injection Pipe Diameters

    图  8  工况A铅铋合金密度变化

    Figure  8.  Density Change of Lead-bismuth Alloy under Working Condition A

    图  9  工况B铅铋合金密度变化

    Figure  9.  Density Change of Lead-bismuth Alloy under Working Condition B

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-06
  • 录用日期:  2021-11-24
  • 修回日期:  2021-05-18
  • 刊出日期:  2022-06-07

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