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3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下子通道内过冷流动沸腾特性数值研究

杜利鹏 宋尚典 蔡伟华 蒋泽平 程琦 张文超 金光远

杜利鹏, 宋尚典, 蔡伟华, 蒋泽平, 程琦, 张文超, 金光远. 3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下子通道内过冷流动沸腾特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 87-95. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0087
引用本文: 杜利鹏, 宋尚典, 蔡伟华, 蒋泽平, 程琦, 张文超, 金光远. 3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下子通道内过冷流动沸腾特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 87-95. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0087
Du Lipeng, Song Shangdian, Cai Weihua, Jiang Zeping, Cheng Qi, Zhang Wenchao, Jin Guangyuan. Numerical Study on Characteristics of Subcooled Flow Boiling with the Coupling Effect of 3×3 Petal-Shaped Fuel Rods and Coolant[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 87-95. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0087
Citation: Du Lipeng, Song Shangdian, Cai Weihua, Jiang Zeping, Cheng Qi, Zhang Wenchao, Jin Guangyuan. Numerical Study on Characteristics of Subcooled Flow Boiling with the Coupling Effect of 3×3 Petal-Shaped Fuel Rods and Coolant[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 87-95. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0087

3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下子通道内过冷流动沸腾特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0087
基金项目: 国家自然科学基金(52206233);东北电力大学青年博士科研助推计划(BSZT04202104)
详细信息
    作者简介:

    杜利鹏(1984—),男,讲师,现主要从事反应堆热工水力方面研究,E-mail: ad186062@163.com

    通讯作者:

    蔡伟华,E-mail: caiwh@neepu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Numerical Study on Characteristics of Subcooled Flow Boiling with the Coupling Effect of 3×3 Petal-Shaped Fuel Rods and Coolant

  • 摘要: 为推动花瓣形燃料棒在水冷堆中的工程应用,必须了解冷却剂在花瓣形燃料棒束子通道内过冷流动沸腾特性。为此,本研究采用欧拉两流体模型和壁面沸腾模型,开展了3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下过冷流动沸腾数值研究。利用模拟结果探究不同子通道内空泡份额、壁面温度、横向流速等参数分布,以及均匀加热方式与轴向余弦加热方式对流动与换热的影响。结果表明,角燃料棒上最先出现过冷沸腾,随着加热功率增加,角、边、中心燃料棒上的过冷沸腾起始点(ONB)位置不均匀性减小;在相同加热条件下,角燃料棒上ONB处壁面过热度最大,其次是边燃料棒,中心燃料棒最小;燃料棒内凹弧处表面热流密度大于外凸弧处。总加热量一定的条件下,余弦加热和均匀加热相比,其壁面分布不均匀性降低。

     

  • 图  1  燃料棒布置方式及网格划分图

    R2—外弧半径;R1—内弧半径;LP—棒间距;D—棒直径;hr—内外弧连接处长度;La—组件边长;HP—螺旋节距;L—模拟燃料棒长度

    Figure  1.  Fuel Rod Arrangement and Meshing

    图  2  空泡份额沿流动方向分布

    Figure  2.  Void Fraction Distribution along Flow Direction

    图  3  过冷沸腾起始点随体积释热率变化

    ZONB—ONB位置相对于通道入口位置的轴向距离

    Figure  3.  ONB Change with Volumetric Heat Rate

    图  4  不同燃料棒TONB变化曲线

    TONB—ONB处壁面过热度

    Figure  4.  TONB of Different Fuel Rods

    图  5  不同流速下燃料棒TONB变化

    Figure  5.  TONB of Fuel Rods at Different Flow Rates

    图  6  均匀体积释热率加热方式下轴向归一化速度

    Figure  6.  Axial Normalized Velocity with Uniform Volume Heating

    图  7  不同子通道横向流动分布

    Figure  7.  Transverse Flow Distribution in Different Sub-channels

    图  8  不同子通道横向速度

    Figure  8.  Transverse Velocity in Different Sub-channels

    图  9  壁面热流周向分布

    Figure  9.  Circumferential Distribution of Wall Heat Flux

    图  10  均匀加热方式下周向壁面温度分布

    Figure  10.  Circumferential Wall Temperature Distribution with Uniform Heating

    图  11  余弦加热方式下周向壁面温度分布

    Figure  11.  Circumferential Wall Temperature Distribution with Cosine Heating

    图  12  沿流动方向平均流体温度和空泡份额变化

    Figure  12.  Change of Average Fluid Temperature and Void Fraction along Flow Direction

    图  13  沿流动方向换热系数和淬火热流密度变化

    Figure  13.  Change of Heat Transfer Coefficient and Quenching Heat Flux along Flow Direction

    图  14  燃料棒表面空泡份额轴向分布和截面温度分布

    Figure  14.  Axial Distribution of Void Fraction and Cross-section Temperature Distribution on the Surface of Fuel Rod

    图  15  不同燃料棒壁面温度轴向分布

    Figure  15.  Axial Distribution of Wall Temperature of Different Fuel Rods

    表  1  几何参数

    Table  1.   Geometric Parameters

    几何参数 参数值
    棒直径/外弧半径(D/R1 5.147
    节径比(LP/D 1.07
    HP/m 0.5
    L/m 0.5
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    表  2  边界条件

    Table  2.   Boundary Conditions

    边界条件区域 类型
    入口 速度入口
    出口 压力出口
    燃料棒壁面 均匀热流/余弦加热
    外壁面 周期性边界
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-29
  • 修回日期:  2023-11-10
  • 刊出日期:  2024-08-12

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