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脉动流条件下5×5环形燃料阻力与流量分配特性研究

李金阳 马俊 乔守旭 郝思佳 李旭鹏 谭思超 田瑞峰

李金阳, 马俊, 乔守旭, 郝思佳, 李旭鹏, 谭思超, 田瑞峰. 脉动流条件下5×5环形燃料阻力与流量分配特性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 111-118. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0111
引用本文: 李金阳, 马俊, 乔守旭, 郝思佳, 李旭鹏, 谭思超, 田瑞峰. 脉动流条件下5×5环形燃料阻力与流量分配特性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 111-118. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0111
Li Jinyang, Ma Jun, Qiao Shouxu, Hao Sijia, Li Xupeng, Tan Sichao, Tian Ruifeng. Investigation on Characteristics of Resistance and Flow Distribution of 5×5 Annular Fuel Rod Bundle Channel under Pulsating Flow Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 111-118. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0111
Citation: Li Jinyang, Ma Jun, Qiao Shouxu, Hao Sijia, Li Xupeng, Tan Sichao, Tian Ruifeng. Investigation on Characteristics of Resistance and Flow Distribution of 5×5 Annular Fuel Rod Bundle Channel under Pulsating Flow Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 111-118. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0111

脉动流条件下5×5环形燃料阻力与流量分配特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0111
基金项目: 中核集团领创科研项目;黑龙江省自然科学基金(YQ2021A001)
详细信息
    作者简介:

    李金阳(1999—),男,硕士研究生,现主要从事核反应堆热工水力相关研究,E-mail: lijinyang2021@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    乔守旭,E-mail: qiaoshouxu@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Investigation on Characteristics of Resistance and Flow Distribution of 5×5 Annular Fuel Rod Bundle Channel under Pulsating Flow Condition

  • 摘要: 环形燃料棒束通道相较于传统实心棒束通道,具有增强冷却能力、提高功率密度等优点,其特殊几何形状使阻力特性与流量分配特性密切相关。在脉动流条件下,环形燃料内外流道流量呈周期性波动,影响冷却剂换热效率,威胁核反应堆安全。本文基于计算流体动力学(CFD)方法对5×5环形燃料棒束通道建立模型,在稳态与脉动流条件下开展模拟计算,模拟结果与粒子图像测速(PIV)实验测量速度场、摩擦阻力系数经验公式相比具有一致性。计算分析了内外流道摩擦阻力系数随雷诺数的变化规律,稳态条件下环形燃料的流量分配比(内流道流量比外流道流量)与压降比呈负相关;脉动流条件下,周期平均流量分配比与脉动频率呈负相关,与脉动振幅呈正相关。

     

  • 图  1  实验回路示意图

    1—去离子水制备机;2—水箱;3—加热器;4—换热器;5—大流量泵;6—小流量泵;7—电磁流量计;8—温度计;9—过滤器;10—实验本体;11—高速相机;12—激光器;13—差压变送器;14—数据采集系统;15—终端

    Figure  1.  Schematic Diagram of Experimental Loop

    图  2  环形燃料模型示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Annular Fuel Model

    图  3  网格独立性验证

    Figure  3.  Grid Independence Verification

    图  4  网格示意图

    Figure  4.  Grid Schematic Diagram

    图  5  φRe变化规律

    Figure  5.  Variation of φ with Re

    图  6  通道出口内外流道截面速度分布(Re=5000)

    Figure  6.  Velocity Distribution of Inner and Outer Flow Channels at the Channel Outlet (Re =5000)

    图  7  稳态条件下内流道摩擦阻力系数

    Figure  7.  Friction Coefficient of Inner Channel under Steady State

    图  8  稳态条件下外流道摩擦阻力系数

    Figure  8.  Friction Resistance Coefficient of Outer Channel under Steady State

    图  9  稳态条件下压降比与流量分配特性

    Figure  9.  Pressure Drop Ratio and Flow Distribution Characteristics under Steady State Condition

    图  10  $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $对内外流道摩擦阻力系数的影响

    Figure  10.  Effect of $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $ on Friction Coefficient of Inner and Outer Flow Channels

    图  11  Ar对内外流道摩擦阻力系数的影响

    Figure  11.  Effect of Ar on Friction Coefficient of Inner and Outer Flow Channels

    图  12  不同通道相对压降和流量

    Figure  12.  Relative Pressure Drop and Flow of Different Channels

    图  13  $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $与Arφ的影响

    Figure  13.  Effect of $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $ and Ar on φ

    图  14  $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $与Arφave影响

    Figure  14.  Effect of $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $ and Ar on φave

    图  15  ${\left( {\omega '} \right)^{1/2}}$对外流道压降影响

    Figure  15.  Effect of $ {\left( {\omega '} \right)^{1/2}} $ on Outer Channel Pressure Drop

    表  1  计算工况设置

    Table  1.   Calculation Condition Setting

    工况 U0/(m·s−1) Ar T/s
    稳态 0.7~2.5(间隔0.05) 0
    瞬态 1.5 0.15 3
    0.15 7
    0.15 14
    0.15 28
    0.30 14
    0.45 14
    0.60 14
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-21
  • 修回日期:  2023-01-03
  • 网络出版日期:  2023-12-11
  • 刊出日期:  2023-12-15

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