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自主化反应堆计算流体力学软件WINGS-CFD的研发与应用

邓坚 魏宗岚 曾未 李松蔚 邱志方 刘卢果

邓坚, 魏宗岚, 曾未, 李松蔚, 邱志方, 刘卢果. 自主化反应堆计算流体力学软件WINGS-CFD的研发与应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0063
引用本文: 邓坚, 魏宗岚, 曾未, 李松蔚, 邱志方, 刘卢果. 自主化反应堆计算流体力学软件WINGS-CFD的研发与应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0063
Deng Jian, Wei Zonglan, Zeng Wei, Li Songwei, Qiu Zhifang, Liu Luguo. Development and Application of Autonomous Computational Fluid Dynamics Code WINGS-CFD for Nuclear Reactors[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0063
Citation: Deng Jian, Wei Zonglan, Zeng Wei, Li Songwei, Qiu Zhifang, Liu Luguo. Development and Application of Autonomous Computational Fluid Dynamics Code WINGS-CFD for Nuclear Reactors[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0063

自主化反应堆计算流体力学软件WINGS-CFD的研发与应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0063
基金项目: 国家自然科学基金(U2067210);重点研发计划基金(2022YFB1902300);四川省自然科学基金(2024NSFSC1381)
详细信息
    作者简介:

    邓 坚(1981—),男,研究员级高级工程师,现主要从事反应堆热工水力与安全分析研究,E-mail: dengjian_npic@163.com

    通讯作者:

    曾 未,E-mail: zengwei02@sina.com

  • 中图分类号: TL334

Development and Application of Autonomous Computational Fluid Dynamics Code WINGS-CFD for Nuclear Reactors

  • 摘要: 为满足反应堆高精度流动传热数值仿真需求,提出了一种基于面向对象的、分层架构设计的、高可扩展的自主化反应堆计算流体动力学(CFD)软件WINGS-CFD 。从理论模型、数值离散方法、软件架构等方面介绍WINGS-CFD软件的总体设计,并采用WINGS-CFD软件对反应堆典型场景流动传热工况进行了数值计算。结果表明,WINGS-CFD计算结果的精度与商用CFD软件的结果相当;WINGS-CFD软件具备优秀的并行性能,可支持亿级网格大规模数值仿真以及中子输运与流动传热耦合仿真,为反应堆系统的精细化多物理场分析提供了自主化数值技术手段。

     

  • 图  1  非结构网格中控制体C示意图

    ${S_f}$—控制体C的边界面面积;f—控制体C的边界面

    Figure  1.  Control Volume C in Unstructured Mesh

    图  2  WINGS-CFD软件架构示意图

    Figure  2.  Hierarchical Architecture of WINGS-CFD

    图  3  带格架棒束通道计算流体域

    Figure  3.  Computational Domain of Rod Bundle with a Spacer Grid

    图  4  速度分布云图

    Figure  4.  Velocity Contours at Different Axial Locations

    图  5  温度分布云图

    Figure  5.  Temperature Contours at Different Axial Locations

    图  6  4组燃料组件棒束通道温度云图

    Figure  6.  Temperature Contour of Four-Assembly Rod Bundle

    图  7  横截面上流体温度分布

    Figure  7.  Fluid Temperature Distribution at Specific Axial Location

    图  8  横截面上固体温度分布

    Figure  8.  Solid Temperature Distribution at Specific Axial Location

    图  9  沿燃料棒间隙中间直线的温度曲线

    Figure  9.  Temperature Profile along the Middle Line of Fuel Rod Gap

    表  1  CFD计算采用的流体物性

    Table  1.   Fluid Properties Used in CFD Calculations

    参数名 参数值
    密度/(kg·m−3) 998.2
    粘度/[kg·(m·s)−1] 0.001003
    比热容/[J·(kg·K)−1] 4182
    导热系数/[W·(m·K)−1] 0.6
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    表  2  弱可扩展性测试结果

    Table  2.   Weak Scalability Testing Results

    网格
    总数/万
    并行度 并行效率/%
    Fluent WINGS-CFD
    40 32 100 100
    80 64 91.33 93.04
    160 128 24.08 85.36
    下载: 导出CSV
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图(9) / 表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-27
  • 修回日期:  2024-09-24
  • 刊出日期:  2025-01-06

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