基于动量源与精细多孔介质的堆芯特征组件域CFD计算分析技术研究

作     者：张历轩 陈广亮 田兆斐 殷新立 钱浩 孙大彬 ZHANG Lixuan;CHEN Guangliang;TIAN Zhaofei;YIN Xinli;QIAN Hao;SUN Dabin

作者机构：哈尔滨工程大学核科学与技术学院哈尔滨150001 武汉第二船舶设计研究所武汉430205 

基　　金：国家自然科学基金(No.51909045) 中核集团青年英才项目(No.CNNC2019YTEP-HEU01)资助 

出 版 物：《核技术》 (Nuclear Techniques)

年 卷 期：2024年第47卷第7期

页      码：135-147页

摘      要：堆芯计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对确定堆芯薄弱环节、优化特征结构、提升安全及经济性等具有重大意义。典型压水堆燃料组件存在大量带交混翼片格架,导致存在网格数量激增、网格划分困难、求解难以收敛等问题。目前基于流固作用机理所建立的动量源模型未考虑交混翼背流侧低压区对流体的影响,预测交混翼下游域轴流分布误差较大,此外在识别交混翼片固体域、添加动量源项时较为困难。为此本文提出了一种基于精细化多孔介质和动量源的联合仿真方案来模拟5×5带交混翼片棒束通道冷却剂流动,该方案中的域识别技术可以精确定位流体域中交混翼片所在位置,并基于格架前端及交混翼片迎流与背流侧的流固作用机理,建立多孔介质和动量源模型。该方案在格架域,采用精细化多孔介质模型,提高原格架固体所在流域局部阻力系数,相较于在格架域施加动量源项,其数值稳定性更好。而在交混翼域,对动量源方案进行了优化,优化后的动量源模型考虑到了交混翼片背流侧低压区对流体的作用,其仿真交混翼下游的速度分布和传热更准确。该方案可以在网格生成的过程中无须考虑格架、交混翼片的几何特征,从而实现全结构化网格建模、CFD求解耗时短、对网格数量不敏感,鲁棒性较优。通过与实验及贴体网格仿真结果对比,验证了该方案仿真阻流、流动、交混、涡流、传热的有效性。同时仿真5×5棒束通道时可减少90%的网格数量和60%的计算耗时。此外,由于棒束通道交混翼在轴向和周向都是规则排列,因此本文开发的动量源方案通过调整坐标即可适用于更大流体域的燃料组件。

主 题 词：棒束通道 交混翼 域识别 动量源 多孔介质 

学科分类：08[工学] 082701[082701] 0827[工学-食品科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.070605

馆 藏 号：203129802...