高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摇摆对低流量对流传热格架效应影响的数值研究

李楠 丁冠群 肖瑶 李俊龙 顾汉洋

李楠, 丁冠群, 肖瑶, 李俊龙, 顾汉洋. 摇摆对低流量对流传热格架效应影响的数值研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 54-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0054
引用本文: 李楠, 丁冠群, 肖瑶, 李俊龙, 顾汉洋. 摇摆对低流量对流传热格架效应影响的数值研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 54-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0054
Li Nan, Ding Guanqun, Xiao Yao, Li Junlong, Gu Hanyang. Numerical Study of the Influence of Rolling Motion on the Spacer Effect of Low Flow Convective Heat Transfer[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 54-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0054
Citation: Li Nan, Ding Guanqun, Xiao Yao, Li Junlong, Gu Hanyang. Numerical Study of the Influence of Rolling Motion on the Spacer Effect of Low Flow Convective Heat Transfer[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 54-62. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0054

摇摆对低流量对流传热格架效应影响的数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0054
基金项目: 国家自然科学基金(12275174;12075150);上海市青年科技启明星计划(22QA1404500);中核集团青年英才计划菁英项目
详细信息
    作者简介:

    李 楠(1998—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力方面研究,E-mail: linan0901@sjtu.edu.cn

    通讯作者:

    肖 瑶,E-mail: yxiao@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Numerical Study of the Influence of Rolling Motion on the Spacer Effect of Low Flow Convective Heat Transfer

  • 摘要: 针对摇摆条件下低流量对流传热格架效应开展了数值研究。基于实验数据对摇摆模型进行了验证,确立了基于SST k-ω湍流模型的计算流体动力学(CFD)方法。结果表明:①对周向平均时均传热,摇摆会增强低流量工况格架下游传热。但在混合对流恶化恢复区和自然对流区,格架效应仍存在阻尼振荡衰减现象,且振荡幅度减小;②对局部时均传热,热点始终位于垂直摇摆轴方向,摇摆弱化该方向传热,且该方向格架导致的传热弱化现象被进一步增强;③对热点位置瞬时传热,计算工况中瞬时传热系数的最大弱化程度较充分发展稳态可达40%,安全分析中需重点关注。

     

  • 图  1  格架通道几何模型

    Figure  1.  Model of Circular Channel with Spacer

    图  2  低流量传热曲线

    Nu—当地的努塞尔数;NuF—同样边界条件下强迫对流的努塞尔数

    Figure  2.  Low Flow Heat Transfer Curves

    图  3  摇摆模型

    ω—摇摆角速度;β—摇摆角加速度;r—流体微元的矢径;g—重力加速度;u—流体微元的速度

    Figure  3.  Model of Rolling Motion

    图  4  摇摆模型验证

    Figure  4.  Verification of Rolling Model

    图  5  网格敏感性分析

    Figure  5.  Grid Sensitivity Analysis

    图  6  周期无关性分析

    Figure  6.  Period Independence Analysis

    图  7  时均温度分布云图

    Figure  7.  Cloud Chart of Time-average Temperature Distribution       

    图  8  时均努赛尔数分布云图

    Figure  8.  Cloud Chart of Time-average Nusselt Number Distribution

    图  9  周向平均时均传热特性

    Nus—光滑圆管内的努塞尔数

    Figure  9.  Circumferential Average Time-averaged Heat Transfer Characteristics

    图  10  Y+方向时均传热特性

    Figure  10.  Time-averaged Heat Transfer Characteristics at Direction Y+

    图  11  瞬时温度分布云图

    Figure  11.  Cloud Chart of Transient Temperature Distribution

    图  12  Case2瞬时传热特性

    Nu0—格架通道内稳态下的努塞尔数

    Figure  12.  Transient Heat Transfer Characteristics of Case 2

    图  13  周向平均瞬时传热特性

    Figure  13.  Circumferential Average Transient Heat Transfer Characteristics

    图  14  Y+方向瞬时传热特性

    Figure  14.  Transient Heat Transfer Characteristics at Direction Y+

    表  1  几何参数与边界条件设置

    Table  1.   Geometric Parameter and Boundary Conditions

    参数 定义
    圆形通道内径(D)/mm 11.9
    圆形通道长度(L)/m 3(约252D
    运行压力(p)/MPa 15.5
    工作介质 单相水
    工质物性参数 NIST Real Gas Model
    重力加速度/(m·s−2) −9.81
    入口边界条件 质量流入口
    出口边界条件 压力出口
    壁面边界条件 无滑移、等热流密度
    质量流密度/(kg·m−2·s−1) 50~600
    热流密度(q)/(kW·m−2) 20~140
    入口温度/K 400~500
    雷诺数(Re) 4809~32078
    下载: 导出CSV
  • [1] 李林蔚,朱博,刘秀. 核能在我国清洁低碳能源系统中的战略定位研究[J]. 产业与科技论坛,2022, 21(15): 12-15. doi: 10.3969/j.issn.1673-5641.2022.15.004
    [2] 黄振,高璞珍,谭思超,等. 摇摆对传热影响的机理分析[J]. 核动力工程,2010, 31(3): 50-54.
    [3] STEINER A. On the reverse transition of a turbulent flow under the action of buoyancy forces[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1971, 47(3): 503-512. doi: 10.1017/S0022112071001198
    [4] JACKSON J D, COTTON M A, AXCELL B P. Studies of mixed convection in vertical tubes[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow, 1989, 10(1): 2-15. doi: 10.1016/0142-727X(89)90049-0
    [5] CARR A D, CONNOR M A, BUHR H O. Velocity, temperature, and turbulence measurements in air for pipe flow with combined free and forced convection[J]. Journal of Heat Transfer, 1973, 95(4): 445-452. doi: 10.1115/1.3450087
    [6] PARLATAN Y, TODREAS N E, DRISCOLL M J. Buoyancy and property variation effects in turbulent mixed convection of water in vertical tubes[J]. Journal of Heat Transfer, 1996, 118(2): 381-387. doi: 10.1115/1.2825855
    [7] KESHMIRI A, COTTON M A, ADDAD Y, et al. Turbulence models and large eddy simulations applied to ascending mixed convection flows[J]. Flow, Turbulence and Combustion, 2012, 89(3): 407-434. doi: 10.1007/s10494-012-9401-4
    [8] WATZINGER A, JOHNSON D G. Wärmeübertragung von Wasser an Rohrwand bei senkrechter Strömung im Übergangsgebiet zwischen laminarer und turbulenter Strömung[J]. Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens A, 1939, 10(4): 182-196.
    [9] LI J L, XIAO Y, GU H Y, et al. Development of a correlation for mixed convection heat transfer in rod bundles[J]. Annals of Nuclear Energy, 2021, 155: 108151. doi: 10.1016/j.anucene.2021.108151
    [10] LIU D, GU H Y. Mixed convection heat transfer in a 5×5 rod bundles[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 113: 914-921. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.05.113
    [11] 谭思超,庞凤阁,高璞珍. 摇摆对自然循环传热特性影响的实验研究[J]. 核动力工程,2006, 27(5): 33-36,69. doi: 10.3969/j.issn.0258-0926.2006.05.007
    [12] DING G Q, LI N, LIU B, et al. Numerical study of mixed and free convection heat transfer under ocean conditions[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2023, 203: 123811. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123811
    [13] YAO S C, HOCHREITER L E, LEECH W J. Heat-transfer augmentation in rod bundles near grid spacers[J]. Journal of Heat Transfer, 1982, 104(1): 76-81. doi: 10.1115/1.3245071
    [14] TANASE A, GROENEVELD D C. An experimental investigation on the effects of flow obstacles on single phase heat transfer[J]. Nuclear Engineering and Design, 2015, 288: 195-207. doi: 10.1016/j.nucengdes.2015.04.004
    [15] 刘达. 棒束通道内低流量流动与传热行为研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2018.
    [16] XIAO Y, LI J L, DING G Q, et al. Numerical study of spacer-induced heat transfer impairment in mixed and free convection heat transfer of water upward flow[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2022, 137: 106294. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106294
    [17] 鄢炳火,顾汉洋,于雷. 海洋条件对棒束间湍流流动传热的影响[J]. 核动力工程,2011, 32(5): 89-95.
    [18] ZHANG J H, YAN C Q, GAO P Z. Characteristics of pressure drop and correlation of friction factors for single-phase flow in rolling horizontal pipe[J]. Journal of Hydrodynamics, 2009, 21(5): 614-621. doi: 10.1016/S1001-6058(08)60192-4
  • 加载中
图(14) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  192
  • HTML全文浏览量:  77
  • PDF下载量:  40
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-04
  • 修回日期:  2023-02-16
  • 网络出版日期:  2023-12-11
  • 刊出日期:  2023-12-15

目录

    /

    返回文章
    返回