CF3燃料组件下管座水力学性能研究

冯琳娜; 陈杰; 粟敏; 蒲曾坪

doi:10.13832/j.jnpe.2022.S2.0208

CF3燃料组件下管座水力学性能研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0208

中国核动力研究设计院，成都，610213

详细信息

作者简介:
冯琳娜（1983—），女，高级工程师，博士研究生，现主要从事反应堆燃料设计研究，E-mail: 120014850@qq.com

中图分类号: TL352.1
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-26
- 修回日期: 2022-09-01
- 刊出日期: 2022-12-31

Study On Hydraulic Properties of Bottom Nozzle of CF3 Fuel Assembly

Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China

摘要

摘要: 下管座具有过滤异物、流通冷却剂和承载燃料组件的重要功能，是CF3燃料组件的重要部件。针对下管座的流通功能，分别采用单相计算流体动力学（CFD）技术和水力学试验两种方法，对CF3燃料组件的水力学性能进行研究。计算结果和试验结果表明，CF3燃料组件下管座的阻力系数与AFA3G相差5%，冷却剂流通性方面满足CF3燃料组件水力学设计的要求。
- 计算流体动力学（CFD) /
- CF3燃料组件 /
- 下管座 /
- 压降 /
- 边界条件 /
- 湍流模型
Abstract: Bottom nozzle is an important component of CF3 fuel assembly, with the important functions of filtering foreign matters, circulating coolant and supporting the fuel assembly. In this paper, single-phase computational fluid dynamics (CFD) technology and hydraulic test methods are respectively used to study the hydraulic properties of CF3 fuel assembly in view of the flow function of the bottom nozzle. The calculation and test results show that the resistance coefficient of the bottom nozzle of CF3 fuel assembly is 5% different from that of AFA3G, which meets the requirements of hydraulic design of CF3 fuel assembly in terms of coolant fluidity.
- Computational fluid dynamics (CFD) /
- CF3 fuel assembly /
- Bottom nozzle /
- Pressure drop /
- Boundary condition /
- Turbulence model

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图 1 下管座几何模型

Figure 1. Geometric Model of Bottom Nozzle

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图 2 下管座计算域图

Figure 2. Computational Domain of Bottom Nozzle

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图 3 下管座网格

Figure 3. Mesh of Bottom Nozzle

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图 4 下管座截面速度场

Figure 4. Velocity Field of Bottom Nozzle Section

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图 5 方案1、5、6轴向流场分布

Figure 5. Axial Flow Field Distribution of Schemes 1, 5, and 6

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图 6 试验本体示意图

Figure 6. Sketch Map of Test Body

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图 7 压降与流量平方的对应关系

Figure 7. Corresponding Relationship between Pressure Drop and Flow Square

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图 8 堵流前后压降曲线

Figure 8. Pressure Drop Curve before and after Flow Blockage

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表 1 CFX-Pre边界条件设置

Table 1. Boundary Condition Settings of CFX-Pre

方案	出口	湍流模型	浮力项
方案1	opening	k-ε	无
方案2	outlet	k-ε	无
方案3	opening	RNG k-ε	无
方案4	opening	k-ω	无
方案5	opening	SST	无
方案6	opening	SSG Reynolds Stress	无
方案7	opening	k-ε	有
方案8	opening	SSG Reynolds Stress	有

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表 2 方案1、5、6的CPU时间对比

Table 2. CPU Time Comparison of Schemes 1, 5, and 6

方案	湍流模型	CPU运行时间/h
方案1	k-ε	4.22
方案5	SST	4.53
方案6	SSG Reynolds Stress	6.88

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表 3 各工况计算值与试验测量值对比

Table 3. Comparison between Calculated Values and Test Measured Values under Various Working Conditions

工况	流量/(m³·h⁻¹)	ΔP_AB计算值/kPa	与试验测量值相对差异/%
工况1	857.32	135.71	3.34
工况2	525.04	50.87	10.38
工况3	366.64	24.83	6.74
工况4	363.28	24.36	5.13
工况5	521.64	50.30	7.57

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参考文献(6)

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