花瓣形棒束通道内单气泡上升行为数值模拟研究

Copyright©博看网. All Rights Reserved.
#J$$
原 子 能 科 学 技 术 ! ! 第!&#?8'&25-;3[8''?@4U803(M@ZZ'3?-;8-9&2&--&@0;-;3[8''.&A3-&[849?-;3 032-34&U-;3U'&[0;8223'829U/28''64/?3?-389/'68'&25-;3032-34(:;308'0@'8-39?/P3 48253>4&9@03??>;34/08'8293''/>?&/98'Z@ZZ'3?;8>3?(M3U&43-;3Z@ZZ'3-&@0;3?-;3 [8''!-;3Z@ZZ'393U&4.8-/&2/20438?3?829-;38?>30-48-/&930438?3?8?-;3Z@ZZ'35489G @8''64/?3?!4380;/25?-8Z/'/-68U-348>34/&9&U-/.3(V;/'38U-34-;3Z@ZZ'3-&@0;3?-;3 [8''!-;3Z@ZZ'389;343?-&-;3[8''829/-??;8>30;8253?-&?3./G0/40@'84829/-?8?>3048-/&930438?3?48>/9'6(:;3?-8Z/'/P8-/&248-3&UZ@ZZ'3/20438?3?8?-;3?/P3&U-;3Z@ZG Z'3/20438?3?(\2-;3U/4?-?-853!-;3Z@ZZ'3A3'&0/-64/?3?48>/9'6U4&.P34&829-;3[8Q3 Z35/2?-&U&4.(\2-;3?30&29?-853!-;3Z@ZZ'3A3'&0/-64/?3??'&['6829-;3[8Q30;82G 53?8?6..3-4/08''68-Z&-;329?&U-;3Z@ZZ'3(\2-;3-;/49?-853!-;3Z@ZZ'3A3'&0/-6 930438?3?48>/9'6/U/--&@0;3?-;3 [8''!829-;3?;8>3&U-;3 [8Q30;8253?2384-;3 [8''(\U-;3Z@ZZ'39&3?2&--&@0;-;3[8''!-;3Z@ZZ'3A3'&0/-6[/''U'@0-@8-384&@29-;3 ?-8Z'3A3'&0/-6829-;3U'&[U/3'9[/''?-8Z/'/P3!829-;3[8Q3[/''Z3532348-39829?;39 /280&2-/2@&@?060'3(:;39/430-/&2&UZ@ZZ'3.&A3.32-082Z393-34./239Z6-;3>43?G ?@439/?-4/Z@-/&284&@29-;3Z@ZZ'3(F&.>8439-&-;30/40@'844&90;8223'!-;3Z@ZZ'3? /2-;3>3-8'G?;8>39U@3'4&90;8223';8A385438-34'8-348'9/?>'803.32-829843 .&43 '/Q3'6-&-&@0;-;3 [8''![;/'3-;3Z@ZZ'3?;8>3/?'3??A84/8Z'3(:;3?-@96&UZ@ZZ'3 @>[849 .&-/&20820'84/U6-;3Z@ZZ'3Z3;8A/&@4/2-;3>3-8'G?;8>394&9Z@29'30;8223' 829>4&A/938Z8?/?U&443A38'/25-;3-[&G>;8?3U'&[829;38--482?U34.30;82/?.( 9"2:+7*/(>3-8'G?;8>394&9Z@29'30;8223'&Z@ZZ'3-48Y30-&46&Z@ZZ'3?;8>3&Z@ZZ'3 4/?/25?>339&2@.34/08'?/.@'8-/&2
! 第!"卷 第#$期 !*$*+年#$月
原子能科学技术 ,-&./012345670/3203829:30;2&'&56
%&'(!")&(#$ <0-(*$*+
花瓣形棒束通道内单气泡上升行为数值模拟研究
张文超#*李嘉元#杨!光#孙建闯#金光远#蔡伟华#"
#(东北电力大学 热流科学与核工程实验室吉林省 吉林市!#+*$#* *(清华大学 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京!#$$$K=
! ! 核 能 广 泛 应 用 于 发 电 %制 氢 %区 域 供 热 和 海 水 淡 化 等 领 域 !在 双 碳 目 标 下 !要 实 现 能 源 供 应 向清洁%低碳转型!核能必不可少 $ )#* 开发 高 性 能新型燃料棒可有效改善反应堆热工水力性 能$花瓣形燃料元件最早应用在俄罗斯破冰船 用反应堆中!燃 料 棒 横 截 面 呈 花 瓣 形 状$ 根 据 美国 H/5;-Z4/953公 司 的 推 荐 分 )** 别 将 燃 料 棒 包壳及芯块设置为 N4G=合金 与铀%锆质 量 分 数 为!$^ 的 合 金"eGN4,''&6#!与 传 统 的 燃 料 元 件相比!花 瓣 形 燃 料 棒 具 有 表 面 积G体 积 比 大% 促 进 子 通 道 混 合 %不 需 要 定 位 格 架 等 优 点 !已 有 研究表明)+*!采用金属螺旋十字形燃料元 件!在 保 持 或 提 高 安 全 裕 度 的 同 时!可 以 显 著 提 高 当 前压 水 堆 的 功 率 "约 *$^#!因 此!花 瓣 形 燃 料 元件在小型反应堆中具有较为广阔的应用价 值 $ )=* 花瓣形燃料棒具有螺旋结构!因此!与 传 统 圆 形 燃 料 棒 组 件 相 比!组 件 内 冷 却 剂 流 动 具 有 独 特 的 热 工 水 力 特 性 $ 目 前 !美 国 %俄 罗 斯 等 世界核工业强国已经在花瓣形燃料棒上开展了 相关工作!取 得 了 一 定 的 研 究 成 果$ 我 国 仅 对 热 工 水 力 特 性 开 展 了 初 步 研 究 !对 气 泡 行 为 %临
#DK#B&'#%&'/&4,-"'6&N4.2+AE$+")$"#)A >2$."#'()*+)""'+)*>&'%-"#0%(."$%'+$I&P"'G)+F"'0+%/ Q+.+)#+*$#*3-+)#*DJ"/K#B&'#%&'/&4 5AF#)$"A !"#$%&'()*+)""'+)*#)AE#4"%/ M+)+0%'/&4(A2$#%+&),0+)*-2#G)+F"'0+%/7"+8+)*#$$$K=3-+)#
收 稿 日 期 *$*+G$#G#+修 回 日 期 *$*+G$+G#I 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 !**$I*++清 华 大 学 先 进 反 应 堆 工 程 与 安 全 教 育 部 重 点 实 验 室 开 放 基 金 ,B17G*$**G$K " 通 信 作 者 蔡 伟 华
摘要气泡行为对两相流动与换热特性有重要影响为了研究花瓣形棒束通道内气泡 的 动 力 学 特 性采 用流体体积法%<E模拟了静水中气泡在棒束通道 内 的 气 泡 行 为获 得 了 不 同 初 始 尺 寸 气 泡 的 运 动 轨 迹形状和上升速度结果表明气泡在上升过程 中 存 在 横 向 移 动 现 象 气 泡 初 始 尺 寸 越 小横 向 位 移 幅度越大在上升过程中越容易碰触到花瓣形螺 旋 棒 随 着 气 泡 尺 寸 的 增 大气 泡 稳 定 速 度 增 大稳 定 速度维持在$]*.?左右气泡上升运动行为研究可 以 明 晰 花 瓣 形 棒 束 通 道 内 的 气 泡 行 为 机 理为 揭 示两相流流动与换热机理奠定基础 关 键 词 花 瓣 形 棒 束 通 道 气 泡 轨 迹 气 泡 形 状 气 泡 上 升 速 度 数 值 模 拟 中图分类号:H++=!!! 文献标志码,!!!文章编号#$$$GIJ+#*$*+#$G#KJJG## *+(#$("!+K6PQ(*$*+(6&@R/82($$**
'$."7(0641-$*2+&P(/(&@?"C65(+7+31(&@4"?$884" (&Q"-64)/C6A"*P+*?$&*4"#C6&&"4
NS,)W V320;8&#*H\O/86@82#L,)W W@825#7e)O/820;@825# O\) W@8256@82#F,\V3/;@8#"
#J$#
的一个重要手段$V825等 进 )##* 行了液态铅 铋 合 金 中 气 泡 上 升 行 为 的 数 值 模 拟!基 于 漫 反 射 界面法得到 了 气 泡 的 形 状 变 化$ 结 果 表 明!气 泡 初 始 尺 寸 越 大 !其 变 形 程 度 越 大 !同 时 气 泡 越 容易发生分裂$W@等)#**进 行 了 水 平 和 倾 斜 通 道 内 气 泡 运 动 的 实 验 研 究!发 现 气 泡 上 部 和 主 体 的 形 状 取 决 于 弗 劳 德 数!而 气 泡 背 面 的 形 状 取决于弗劳 德 数 和 气 泡 尺 寸$_8P@68等)#+*模 拟 了 二 维 气 泡 的 上 升!得 到 了 单 个 气 泡 的 上 升 速 度 和 压 力 变 化!并 研 究 了 不 同 尺 寸 气 泡 的 形 状变化差异$
界热流密度等热工水力基础问题认识不深$ 燃料元件周围的气泡会影响流道内的热工
水力特性!通道内的流道规律十分复杂)!*!因 此 有必要研究通道内的气泡行为$张明昊 等 采 )I* 用 DC7GD,EH 方法针对静止条件以及入口流 量脉动条件下的单气泡垂直上升运动行为进行 了 分 析 $ 结 果 表 明 !脉 动 条 件 下 !气 泡 形 状 和 上 升 速 度 的 波 动 周 期 均 与 流 量 周 期 相 同!且 波 动 幅度随流量脉动幅值的增大而增大$孙 姣 等)"* 进行了静水中气泡在竖直壁面附近上升运动实 验研究!发现在 壁 面 附 近 气 泡 呈 二 维 0之1字 形 周期性振 荡 上 升$H/等 进 )K* 行 了 气 泡 在 水 中 上升 运 动 的 三 维 数 值 模 拟!用 流 体 体 积 法 "%<E#捕捉气泡 界 面$ 结 果 表 明!在 旋 流 流 场 中!气泡向中 心 迁 移!迁 移 运 动 受 剪 切 力%气 泡 尺寸和涡 流 强 度 的 影 响$M8?/-等 研 )J* 究 了 摇 摆条 件 下 静 止 液 体 中 单 个 气 泡 的 上 升 行 为!分 析了在摇摆条件下液体黏度和气泡尺寸等因素 对气泡运动轨迹和上升速度的影响$
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
在气泡形状 研 究 方 面!将 气 泡 形 状 参 数 与 W4803气泡相图 对 )#$* 比是确定气泡形状准 确 性
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第#$期 ! ! 张 文 超 等 (花 瓣 形 棒 束 通 道 内 单 气 泡 上 升 行 为 数 值 模 拟 研 究