發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 11:55

　　 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓水堆格架棒束通道的臨界熱流密度(CHF),對(duì)燃料組件格架的設(shè)計(jì)及篩選具有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)前研究中采用數(shù)值方法預(yù)測(cè)格架棒束通道臨界熱流密度的研究較少。本文基于理論研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)新的活化核心密度模型,構(gòu)建了適用于壓水堆高壓工況的兩相CFD數(shù)值模型,基于兩相CFD模擬,并結(jié)合格架棒束通道的特點(diǎn)及CHF預(yù)測(cè)的原理,提出了適用于格架棒束通道CHF數(shù)值預(yù)測(cè)的模型及方法,為燃料組件格架的設(shè)計(jì)提供新的輔助手段。壓水堆燃料組件通常運(yùn)行在高壓的工況下,現(xiàn)有的活化核心密度模型在高壓工況下的適用性存在不足,因此本文基于理論分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,開(kāi)發(fā)了新的活化核心密度模型,該模型綜合考慮了壓力、接觸角及壁面過(guò)熱度的影響,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了模型的正確性,在高壓區(qū)域預(yù)測(cè)精度良好。對(duì)兩相CFD模擬過(guò)冷沸騰兩相流動(dòng)所需的各個(gè)子模型進(jìn)行敏感性分析,掌握各個(gè)子模型對(duì)兩相分布的影響,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)各個(gè)子模型或相關(guān)系數(shù)進(jìn)行篩選,構(gòu)建適用于壓水堆高壓工況過(guò)冷沸騰模擬的數(shù)值模型,主要采用考慮高壓影響的活化核心密度模型及汽泡脫離直徑模型。在準(zhǔn)確模擬過(guò)冷沸騰兩相流動(dòng)的基礎(chǔ)上,提出基于沸騰曲線二次轉(zhuǎn)折的CHF預(yù)測(cè)方法。以均勻加熱圓管為對(duì)象,對(duì)該預(yù)測(cè)方法在不同工況下的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了研究,大部分工況預(yù)測(cè)精度良好,但在高局部含汽率、低質(zhì)量流量和低壓力下的預(yù)測(cè)精度較低。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)非均勻加熱工況與均勻加熱工況的結(jié)果有所不同,基于壁面溫度和空泡份額的峰值,首次對(duì)非均勻加熱工況的CHF進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)得到的CHF值及CHF發(fā)生的位置都與實(shí)驗(yàn)符合良好�；�于上述模型及CHF預(yù)測(cè)方法,對(duì)壓水堆格架棒束通道的CHF進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測(cè)研究。首先研究了子通道的情況,對(duì)PSBT實(shí)驗(yàn)子通道部分進(jìn)行了數(shù)值模擬,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合良好,建立的CHF預(yù)測(cè)方法適用于子通道。針對(duì)格架棒束通道的特點(diǎn),對(duì)構(gòu)建的數(shù)值模型進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整,模擬了全長(zhǎng)尺寸格架棒束通道內(nèi)過(guò)冷沸騰兩相流動(dòng),在CHF預(yù)測(cè)所關(guān)注的高空泡份額區(qū)域,與實(shí)驗(yàn)值符合良好,并在兩相分布的基礎(chǔ)上,提出了壓水堆格架棒束通道CHF的預(yù)測(cè)方法。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL421.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 活化核心密度的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 燃料組件棒束通道內(nèi)兩相分布研究現(xiàn)狀
            1.2.2.1 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中兩相CFD分析
            1.2.2.2 燃料組件棒束通道內(nèi)兩相分布實(shí)驗(yàn)研究
            1.2.2.3 燃料組件棒束通道內(nèi)兩相CFD數(shù)值模擬
        1.2.3 CHF預(yù)測(cè)方法研究現(xiàn)狀
            1.2.3.1 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式方法
            1.2.3.2 機(jī)理模型
            1.2.3.3 CHF查詢表方法
            1.2.3.4 流體模化方法
            1.2.3.5 基于CFD的預(yù)測(cè)方法
        1.2.4 研究現(xiàn)狀小結(jié)
    1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容
第2章 活化核心密度模型的開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證
    2.1 模型的初步構(gòu)建
    2.2 各個(gè)參數(shù)的影響
        2.2.1 接觸角的影響
        2.2.2 壁面過(guò)熱度的影響
        2.2.3 壓力的影響
        2.2.4 新模型的關(guān)系式
    2.3 模型中系數(shù)的確定
        2.3.1 接觸角隨壁面溫度的變化
        2.3.2 壁面過(guò)熱度的影響
        2.3.3 其他系數(shù)的值
        2.3.4 新活化核心密度模型
    2.4 模型的驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 高壓下過(guò)冷沸騰數(shù)值模型的構(gòu)建
    3.1 兩相CFD模擬過(guò)冷沸騰的基本數(shù)值模型
        3.1.1 歐拉兩流體模型
        3.1.2 兩相間的動(dòng)量傳遞
        3.1.3 兩相間的能量、質(zhì)量傳遞
        3.1.4 汽泡直徑的處理方式
        3.1.5 壁面沸騰模型
    3.2 過(guò)冷沸騰數(shù)值模型的敏感性分析及改進(jìn)
        3.2.1 基準(zhǔn)模型的構(gòu)建
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)概況及網(wǎng)格敏感性分析
        3.2.3 湍流耗散力系數(shù)
        3.2.4 升力和壁面潤(rùn)滑力
        3.2.5 汽泡直徑的分布
        3.2.6 汽泡合并與破裂因子
        3.2.7 活化核心密度模型
        3.2.8 各個(gè)模型對(duì)兩相分布影響的綜合分析
    3.3 過(guò)冷沸騰兩相流動(dòng)數(shù)值模型的綜合驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
第4章 臨界熱流密度預(yù)測(cè)方法研究
    4.1 均勻加熱工況CHF的數(shù)值預(yù)測(cè)
        4.1.1 CHF的預(yù)測(cè)方法
        4.1.2 臨界位置的判定
        4.1.3 臨界空泡份額的影響
        4.1.4 不同工況對(duì)CHF預(yù)測(cè)精度的影響
        4.1.5 提高CHF預(yù)測(cè)精度的方法
    4.2 非均勻加熱工況CHF的數(shù)值預(yù)測(cè)
    4.3 本章小結(jié)
第5章 格架棒束通道CHF預(yù)測(cè)數(shù)值模型及方法
    5.1 子通道內(nèi)兩相流動(dòng)及CHF的數(shù)值預(yù)測(cè)
        5.1.1 實(shí)驗(yàn)概況
        5.1.2 幾何建模及網(wǎng)格劃分
        5.1.3 網(wǎng)格的敏感性分析
        5.1.4 S-Gamma模型的敏感性分析
        5.1.5 多個(gè)子通道工況的數(shù)值預(yù)測(cè)
        5.1.6 截面空泡份額的詳細(xì)分布
        5.1.7 子通道CHF的數(shù)值預(yù)測(cè)
    5.2 格架棒束通道內(nèi)兩相流動(dòng)及CHF的數(shù)值模擬
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)概況
        5.2.2 格架的幾何建模及網(wǎng)格劃分
        5.2.3 單個(gè)攪混格架的網(wǎng)格敏感性分析
        5.2.4 全長(zhǎng)尺寸5×5格架棒束通道的網(wǎng)格劃分
        5.2.5 全長(zhǎng)尺寸5×5格架棒束通道內(nèi)兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬
        5.2.6 全長(zhǎng)尺寸5×5格架棒束通道CHF的數(shù)值模擬
    5.3 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與建議
    6.1 結(jié)論
    6.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 建議與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 均勻加熱圓管CHF預(yù)測(cè)工況
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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