棒束單相流動傳熱CFD的不確定性量化研究
發(fā)布時間：2020-09-24 13:08
隨著計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的發(fā)展以及計算機性能的飛速提高,CFD數值模擬技術在核工程領域有著越來越廣泛的應用。核燃料組件是核反應堆的核心部件,其最常見的幾何結構為棒束結構,CFD作為一種輔助工具正大量地用于棒束的流動與傳熱分析之中。一方面,對于CFD在棒束流動傳熱分析的應用中,國內外尚無統(tǒng)一的最佳實踐導則,CFD模擬結果可信度存在爭議;另一方面,現在對棒束單相流動傳熱的CFD分析,均是在確定的幾何條件以及初始邊界條件下進行模擬,但真實的物理情景或者過程存在大量的不確定性,比如試驗工況不穩(wěn)定帶來的流體物性參數的不確定性、試驗段加工及安裝誤差帶來的不確定性等,這些不確定性會對CFD模擬結果的可信度帶來挑戰(zhàn),然而目前國內外尚無針對棒束流動傳熱CFD的不確定性量化分析方法研究。本文基于韓國原子能研究院(Korea Atomic Energy Research Institute,KAERI)4X4單相棒束流動傳熱試驗,通過商業(yè)CFD軟件STAR-CCM+的模擬結果與試驗數據的比較,首先總結出單相棒束流動傳熱CFD分析的最佳實踐方法,包括網格的劃分方法、湍流模型的選擇以及邊界條件的設置等。然后在最佳實踐方法的基礎上,針對CFD不確定性的三種來源(數值方法、試驗數據以及輸入參數),利用敏感系數法重點分析輸入參數的不確定性,主要通過分析壁面函數中k對壓降的影響以及湍流普朗特數s_t對傳熱系數的影響,嘗試總結出棒束單相流動傳熱CFD的不確定性量化分析的敏感系數法。結果顯示對壓降預測的不確定性為108.72Pa,對傳熱系數預測的不確定性為973.96W/K×m~2。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL352;O35
【部分圖文】：
性會對結果的可信度帶來挑戰(zhàn)[17]。1.2 國內外主要研究現狀1.2.1 CFD 在棒束單相流動傳熱分析中的應用單相 CFD 分析正被越來越廣泛地應用于壓水堆燃料組件及定位格架的設計中。早在 2000 年，韓國 KAERI 研究所的 In[18]已經開始利用 CFX 分析了拆分葉片、側撐葉片、旋流葉片及扭轉葉片。In 在 CFD 幾何模型中對格架幾何進行了簡化：假設條帶、葉片為無限薄的面，并且忽略了條帶上的彈簧、拱面等細微結構。由于計算能力限制，In 僅分析了一個子通道的流動。格架上游延伸 65mm作為計算區(qū)域的入口，其出口在下游延伸 300mm 處。在間隙的邊界上采用連續(xù)流動邊界條件來模擬子通道之間的交混流動。而在入口邊界采用光棒計算得到的充分發(fā)展流場參數，出口采用壓力邊界。
上海交通大學碩士學術論文In 采用的網格如圖 1-2 所示。在劃分有剪影的拆分葉片的單子通道幾何模型時，In 采用了 176 個塊進行網格劃分，網格總數約 24.3 萬；針對無剪影的拆分葉片單子通道幾何模型，采用 180 個塊進行網格劃分，網格總數約 24.7 萬；其中側撐葉片的網格總數約為 18.5 萬，其幾何模型分為 112 塊；旋流葉片的網格總數約為 22.4 萬，其幾何模型被分為 100 塊；扭轉葉片的網格總數約為 25萬，其幾何模型被分為 96 塊。壁面的 y+在 15 至 50 之間。
是二階的壓應力關系式，并且應用低雷明：計算得到的壁面剪切力與速度分布和分布和二次流有著很大關系。但是在 200棒束（P/D=1.06）是不適用的。接著他利觀的震蕩現象，并且在排列緊密的棒束堆 17x17 組件的 1/4 進行了 CFD 模擬（大尺度渦流）格架的性能。圖 1-3 所示（大尺度渦流）格架的幾何模型。SSVF 與相向導流兩種。Lee 在實際分析中，在 少縱向的模擬長度；而在組件邊界處采高度方向，模擬一跨 33Dh區(qū)域。
本文編號：2825761
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL352;O35
【部分圖文】：
性會對結果的可信度帶來挑戰(zhàn)[17]。1.2 國內外主要研究現狀1.2.1 CFD 在棒束單相流動傳熱分析中的應用單相 CFD 分析正被越來越廣泛地應用于壓水堆燃料組件及定位格架的設計中。早在 2000 年，韓國 KAERI 研究所的 In[18]已經開始利用 CFX 分析了拆分葉片、側撐葉片、旋流葉片及扭轉葉片。In 在 CFD 幾何模型中對格架幾何進行了簡化：假設條帶、葉片為無限薄的面，并且忽略了條帶上的彈簧、拱面等細微結構。由于計算能力限制，In 僅分析了一個子通道的流動。格架上游延伸 65mm作為計算區(qū)域的入口，其出口在下游延伸 300mm 處。在間隙的邊界上采用連續(xù)流動邊界條件來模擬子通道之間的交混流動。而在入口邊界采用光棒計算得到的充分發(fā)展流場參數，出口采用壓力邊界。
上海交通大學碩士學術論文In 采用的網格如圖 1-2 所示。在劃分有剪影的拆分葉片的單子通道幾何模型時，In 采用了 176 個塊進行網格劃分，網格總數約 24.3 萬；針對無剪影的拆分葉片單子通道幾何模型，采用 180 個塊進行網格劃分，網格總數約 24.7 萬；其中側撐葉片的網格總數約為 18.5 萬，其幾何模型分為 112 塊；旋流葉片的網格總數約為 22.4 萬，其幾何模型被分為 100 塊；扭轉葉片的網格總數約為 25萬，其幾何模型被分為 96 塊。壁面的 y+在 15 至 50 之間。
是二階的壓應力關系式，并且應用低雷明：計算得到的壁面剪切力與速度分布和分布和二次流有著很大關系。但是在 200棒束（P/D=1.06）是不適用的。接著他利觀的震蕩現象，并且在排列緊密的棒束堆 17x17 組件的 1/4 進行了 CFD 模擬（大尺度渦流）格架的性能。圖 1-3 所示（大尺度渦流）格架的幾何模型。SSVF 與相向導流兩種。Lee 在實際分析中，在 少縱向的模擬長度；而在組件邊界處采高度方向，模擬一跨 33Dh區(qū)域。
【參考文獻】
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本文編號：2825761
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