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

压水堆螺旋燃料组件子通道程序开发与验证

张琦 刘振海 李晨曦 王浩煜 傅俊森 李俊龙 黄永忠 肖瑶 顾汉洋

张琦, 刘振海, 李晨曦, 王浩煜, 傅俊森, 李俊龙, 黄永忠, 肖瑶, 顾汉洋. 压水堆螺旋燃料组件子通道程序开发与验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 94-101. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080009
引用本文: 张琦, 刘振海, 李晨曦, 王浩煜, 傅俊森, 李俊龙, 黄永忠, 肖瑶, 顾汉洋. 压水堆螺旋燃料组件子通道程序开发与验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 94-101. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080009
Zhang Qi, Liu Zhenhai, Li Chenxi, Wang Haoyu, Fu Junsen, Li Junlong, Huang Yongzhong, Xiao Yao, Gu Hanyang. Development and Validation of the Sub-channel Code for Helical Cruciform Fuel Assembly of PWR[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 94-101. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080009
Citation: Zhang Qi, Liu Zhenhai, Li Chenxi, Wang Haoyu, Fu Junsen, Li Junlong, Huang Yongzhong, Xiao Yao, Gu Hanyang. Development and Validation of the Sub-channel Code for Helical Cruciform Fuel Assembly of PWR[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 94-101. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080009

压水堆螺旋燃料组件子通道程序开发与验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080009
基金项目: 国家自然科学基金(12135008)
详细信息
    作者简介:

    张 琦(1994—),男,博士研究生,现主要从事燃料组件设计及性能分析方面的研究,E-mail: drsi-fid1@npic.ac.cn

    通讯作者:

    张 琦(1994—),男,博士,现主要从事燃料组件设计及性能分析方面的研究,E-mail: drsi-fid1@npic.ac.cn

  • 中图分类号: TL334

Development and Validation of the Sub-channel Code for Helical Cruciform Fuel Assembly of PWR

  • 摘要: 为了开发压水堆螺旋燃料组件(HCF)的子通道程序,本研究将HCF的阻力模型和传热模型引入COBRA-TF程序,通过两组动量方程预测第一类棒间隙的双向交混和第二类棒间隙的单向交混,通过实验数据和数值模拟结果对新程序的准确性进行验证,对HCF的轴向壁面温度分布、质量通量分布等展开分析。研究结果表明,新程序可准确预测HCF的热工参数分布,并且可用于大规模燃料组件的计算和分析。本研究为HCF的优化设计和工程应用提供了可靠的分析工具。

     

  • 图  1  HCF子通道交混模式与棒间隙分类

    Figure  1.  Sub-channel Mixing Mode of HCF Assembly and the Classification of Rod Gap

    图  2  HCF的子通道划分

    Figure  2.  Sub-channel Division of HCF Assembly

    图  3  HCF棒间隙随轴向位置的变化

    Z—燃料组件轴向高度。

    Figure  3.  Variation of Rod Gap of HCF Assembly with Axial Position

    图  4  子通道程序阻力模型验证

    Figure  4.  Validation of Flow Resistance Model of Sub-Channel Code

    图  5  子通道程序传热模型验证

    Tin—入口流体温度;q—热流密度。

    Figure  5.  Validation of Heat Transfer Model of Sub-channel Code  

    图  6  交混模型对横向交混速度分布的影响

    Figure  6.  Influence of Mixing Model on the Transverse Mixing Rate

    图  7  子通道程序交混模型验证

    Figure  7.  Validation of Mixing Model of Sub-channel Code

    图  8  17×17HCF子通道划分

    Figure  8.  Sub-channel Division of 17×17 HCF Assembly

    图  9  17×17HCF子通道质量通量分布

    Figure  9.  Mass Flux Distribution of Sub-channels of 17×17 HCF Assembly

    图  10  17×17HCF平均壁面温度分布

    Figure  10.  Average Wall Temperature of 17×17 HCF Assembly

    表  1  4×4HCF几何参数汇总

    Table  1.   Summary of Geometrical Parameters of 4×4 HCF Assembly

    参数 数值
    肋片直径/m 5.60×10−3
    肋根直径/m 1.00×10−2
    连接段长度/m 2.00×10−3
    湿周/m 1.72
    流道面积/m2 6.02×10−3
    矩形通道边长/m 1.01×10−1
    水力直径/m 1.40×10−2
    螺旋节距/m 1.00
    燃料棒长度/m 2.0
    下载: 导出CSV
  • [1] MALONE J, TOTEMEIER A, SHAPIRO N, et al. Lightbridge corporation’s advanced metallic fuel for light water reactors[J]. Nuclear Technology, 2012, 180(3): 437-442. doi: 10.13182/NT12-A15354
    [2] CARMACK W J, PORTER D L, CHANG Y I, et al. Metallic fuels for advanced reactors[J]. Journal of Nuclear Materials, 2009, 392(2): 139-150. doi: 10.1016/j.jnucmat.2009.03.007
    [3] 张涛,韩文斌,申鹏飞,等. 螺旋十字型燃料棒中子物理及热工水力性能分析[J]. 核动力工程,2023, 44(S1): 69-74.
    [4] CONBOY T M, MCKRELL T J, KAZIMI M S. Experimental investigation of hydraulics and lateral mixing for helical-cruciform fuel rod assemblies[J]. Nuclear Technology, 2013, 182(3): 259-273. doi: 10.13182/NT12-58
    [5] CONBOY T M. Thermal-hydraulic analysis of cross-shaped spiral fuel in high power density BWRs[D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2007.
    [6] XIAO Y, FU J S, ZHANG Q, et al. Development of a flow sweeping mixing model for helical fuel rod bundles[J]. Annals of Nuclear Energy, 2021, 160: 108428. doi: 10.1016/j.anucene.2021.108428
    [7] 蔡伟华,韦徵圣,李石磊,等. 5×5花瓣形燃料棒束组件内单相流动与换热特性数值模拟研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(11): 1939-1949. doi: 10.7538/yzk.2021.youxian.0593
    [8] 李惠悦. 冷却剂在星形螺旋燃料组件中的流动与传热特性研究[D]. 北京: 北京化工大学,2021.
    [9] SALKO R K, AVRAMOVA M N. CTF theory manual: CASL-U-2016-1110-000[R]. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory, 2016.
    [10] ZHANG Q, CONG T L, XIAO Y, et al. Comparison on the thermal–hydraulic characteristics of wire-wrapped fuel and helical cruciform fuel by numerical simulation[J]. Annals of Nuclear Energy, 2022, 177: 109291. doi: 10.1016/j.anucene.2022.109291
    [11] 张琦,顾汉洋,肖瑶,等. 5×5螺旋十字型棒束组件阻力与交混特性实验研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(6): 1060-1066. doi: 10.7538/yzk.2020.youxian.0436
    [12] 丛腾龙,高勇,程毅,等. 螺旋十字燃料组件沸腾传热及燃料元件热力耦合特性研究[J]. 核动力工程,2023, 44(5): 216-222.
    [13] 张琦. 螺旋燃料组件流动传热特性研究与子通道程序开发[D]. 上海: 上海交通大学,2023.
    [14] ZHANG Q, WANG H Y, LI J L, et al. Experimental study on flow resistance and phase distribution of gas-liquid flow in helical cruciform fuel assembly[J]. Annals of Nuclear Energy, 2025, 210: 110838. doi: 10.1016/j.anucene.2024.110838
    [15] ZHANG Q, WANG H Y, LI J L, et al. Numerical simulation of flow and heat transfer phenomenon of helical cruciform fuel assembly under subcooled boiling[J]. Progress in Nuclear Energy, 2024, 175: 105349. doi: 10.1016/j.pnucene.2024.105349
    [16] LAHEY R T JR, MOODY F J. The thermal-hydraulics of a boiling water nuclear reactor[M]. 2nd ed. La Grange Park: American Nuclear Society, 1993: 137-138.
    [17] CHEN J C. Correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow[J]. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 1966, 5(3): 322-329.
    [18] BUES S G. Two phase turbulent mixing model for flow in rod bundle: WAPD-T-2438[R]. Pittsburgh: Bettis Atomic Power Laboratory, 1972.
    [19] Churchill S W. Friction-factor equation spans all fluid-flow regimes[J]. Chemical Engineering, 1977, 84(24): 91-92.
    [20] DITTUS F W, BOELTER L M K. Heat transfer in automobile radiators of the tubular type[J]. University of California Press, Berkeley, University of California Publications in Engineering, 1930, 2(13): 443-461.
  • 加载中
图(10) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  30
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-12
  • 修回日期:  2024-10-14
  • 刊出日期:  2025-08-15

目录

    /

    返回文章
    返回