关键词:
格架
临界热流密度
过冷沸腾
两相CFD
活化核心密度
摘要:
准确预测压水堆格架棒束通道的临界热流密度(CHF),对燃料组件格架的设计及筛选具有重要的指导意义。当前研究中采用数值方法预测格架棒束通道临界热流密度的研究较少。本文基于理论研究及实验数据开发新的活化核心密度模型,构建了适用于压水堆高压工况的两相CFD数值模型,基于两相CFD模拟,并结合格架棒束通道的特点及CHF预测的原理,提出了适用于格架棒束通道CHF数值预测的模型及方法,为燃料组件格架的设计提供新的辅助手段。压水堆燃料组件通常运行在高压的工况下,现有的活化核心密度模型在高压工况下的适用性存在不足,因此本文基于理论分析及实验数据的拟合,开发了新的活化核心密度模型,该模型综合考虑了压力、接触角及壁面过热度的影响,通过与实验数据的对比,验证了模型的正确性,在高压区域预测精度良好。对两相CFD模拟过冷沸腾两相流动所需的各个子模型进行敏感性分析,掌握各个子模型对两相分布的影响,并结合实验数据,对各个子模型或相关系数进行筛选,构建适用于压水堆高压工况过冷沸腾模拟的数值模型,主要采用考虑高压影响的活化核心密度模型及汽泡脱离直径模型。在准确模拟过冷沸腾两相流动的基础上,提出基于沸腾曲线二次转折的CHF预测方法。以均匀加热圆管为对象,对该预测方法在不同工况下的预测精度进行了研究,大部分工况预测精度良好,但在高局部含汽率、低质量流量和低压力下的预测精度较低。同时研究发现非均匀加热工况与均匀加热工况的结果有所不同,基于壁面温度和空泡份额的峰值,首次对非均匀加热工况的CHF进行了数值预测,预测得到的CHF值及CHF发生的位置都与实验符合良好。基于上述模型及CHF预测方法,对压水堆格架棒束通道的CHF进行了数值预测研究。首先研究了子通道的情况,对PSBT实验子通道部分进行了数值模拟,与实验数据符合良好,建立的CHF预测方法适用于子通道。针对格架棒束通道的特点,对构建的数值模型进行适应性调整,模拟了全长尺寸格架棒束通道内过冷沸腾两相流动,在CHF预测所关注的高空泡份额区域,与实验值符合良好,并在两相分布的基础上,提出了压水堆格架棒束通道CHF的预测方法。