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卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

王正权 杨廷 文青龙 徐世佳 陈康 程呈 唐琼辉

王正权, 杨廷, 文青龙, 徐世佳, 陈康, 程呈, 唐琼辉. 卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 68-75. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0068
引用本文: 王正权, 杨廷, 文青龙, 徐世佳, 陈康, 程呈, 唐琼辉. 卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 68-75. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0068
Wang Zhengquan, Yang Ting, Wen Qinglong, Xu Shijia, Chen Kang, Cheng Cheng, Tang Qionghui. Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of a Scaled Model for Horizontal Dry Storage System of Spent Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 68-75. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0068
Citation: Wang Zhengquan, Yang Ting, Wen Qinglong, Xu Shijia, Chen Kang, Cheng Cheng, Tang Qionghui. Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of a Scaled Model for Horizontal Dry Storage System of Spent Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 68-75. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0068

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0068
详细信息
    作者简介:

    王正权(1997—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力研究,E-mail: 20153124@cqu.edu.cn

    通讯作者:

    文青龙,E-mail: qlwen@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Numerical Study on Heat Transfer Characteristics of a Scaled Model for Horizontal Dry Storage System of Spent Fuel

  • 摘要: 乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型,在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明:混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增,最大流速为1.98 m/s;混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度,高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分,最高温度为108.05℃;燃料组件温度在轴向和水平径向上呈对称分布,最高温度为321.97℃;混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%,其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验和样机设计提供重要参考。

     

  • 图  1  HSM几何结构

    Figure  1.  Geometry Structure of HSM

    图  2  DSC几何结构[7]

    Figure  2.  Geometry Structure of DSC[7]

    图  3  不同网格数量下的轴向无量纲温度分布

    Figure  3.  Axial Dimensionless Temperature Distribution with Different Grid Numbers

    图  4  空气流场分布

    Figure  4.  Air Flow Field Distribution

    图  5  混凝土模块温度分布

    Figure  5.  Temperature Distribution of Concrete Module

    图  6  贮存容器壳体温度分布

    Figure  6.  Shell Temperature Distribution of DSC

    图  7  贮存容器轴向温度

    Ta—环境温度

    Figure  7.  Axial Dimensionless Temperature Distribution of DSC

    图  8  燃料篮温度分布

    Figure  8.  Temperature Distribution of Fuel Basket

    图  9  燃料篮径向无量纲温度分布

    Figure  9.  Radial Dimensionless Temperature Distribution of Fuel Basket

    图  10  加热组件轴向无量纲温度分布

    Figure  10.  Axial Dimensionless Temperature Distribution of Assembly

    表  1  正常工况参数

    Table  1.   Normal Operating Condition Parameters

    参数 类型 数值
    进口压力/温度 通风进口 0 Pa/41℃
    出口压力/温度 压力出口 0 Pa/41℃
    壁面 对流边界 用户自定义函数(UDF)
    内部接触面 耦合边界 固体材料发射率
    功率/kW 内热源项 7.66
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    表  2  控制方程离散方法

    Table  2.   Discretization Methods of Governing Equations

    离散项 离散格式
    压力速度耦合算法 SIMPLE算法
    梯度离散方法 基于格林高斯节点
    压力 二阶迎风格式
    动量 二阶迎风格式
    能量 二阶迎风格式
    DO辐射模型 二阶迎风格式
    下载: 导出CSV

    表  3  自然对流传热量计算结果

    Table  3.   Heat Transfer Calculation of Natural Convection

    位置 流量/(kg·s−1) 焓/(J·kg−1) 传热量/W 传热量占比/%
    左侧进口 0.0581 314557.00 3089.74 82.3
    左侧出口 0.0579 368849.37
    右侧进口 0.0581 314557.00 3214.53
    右侧出口 0.0582 368975.73
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-26
  • 修回日期:  2023-09-20
  • 刊出日期:  2024-06-13

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