定位格架影响压水堆燃料组件内复杂两相流动特性的数值研究.doc

定位格架影响压水堆燃料组件内复杂两相流动特性的数值研究在压水堆(PWR)中,燃料组件中所安装的定位格架对燃料组件起固定与支撑重要作用,同时对燃料组件的热工水力学性能具有重要影响。特别是带搅混翼片的定位格架,对冷却剂流动具有导向性的搅混翼片引起冷却剂在横向上的强烈搅混,将在很大程度上强化燃料组件与冷却剂间的对流换热。然而,定位格架在增强搅混的同时也增加了压降。带搅混翼片格架的设计直接影响着燃料组件内两相流动的相分布特性;且这种相分布特性对燃料元件表面的DNB型沸腾临界有着显著影响。本文对带格架燃料组件内的绝热两相流动开展CFD研究,分析钢凸、弹簧片和搅混翼片以及定位格架对燃料组件内两相流动特性的影响;包括对定位格架下游两相流动的流场、冷却剂横向搅混以及相分布特性的影响。研究结果表明,搅混翼片是定位格架产生搅混效应最主要的结构。弹簧片和刚凸在定位格架内部对流体有一定的横向搅混作用,虽然其搅混效应远小于搅混翼片产生的搅混效果,但是影响格架下游区域的局部流场分布。对比弹簧片和刚凸所产生的扰动效应,弹簧片结构对流体的扰动效应较刚凸的搅混效应明显;同时,弹簧片导致的压降明显大于刚凸产生的压降。有弹簧片和刚凸的定位格架相比于无弹簧片和刚凸结构的定位格架,压降增加约37%。本文还研究了不同搅混翼片排布形式对两相流动特性的影响。通过对比分析三个分别带有不同搅混翼片排列的定位格架,发现搅混翼片对流体的导向性不同,使得定位格架下游区域的汽相分布有着明显差异。其中A型定位格架和C型定位格架的搅混能力弱于B型定位格架;但是在B型格架下游区域,搅混效应急剧衰减。通过比较定位格架下游出口位置的汽相分布,发现A型格架中心棒位置汽相聚集程度较多,C型的热棒没有汽相积聚,汽相是积聚在冷棒上;但冷棒上的汽相积聚明显没有B型强烈。A型格架和C型格架的二次流分布差异最为明显,热棒冷棒处速度变化均明显。另外,B型格架二次流分布较均匀;且B型格架有更大的压降,而A型格架的压降与C型的格架压降基本相同。对比A型和B型格架可以发现,B型格架的压降大于A型格架。在本研究中,分析了跨间搅混格架和定位格架两种不同类型格架对两相流动的影响。通过研究涡旋搅混因子和交叉流搅混因子,发现跨间搅混格架与定位格架有相同的搅混能力,但是由于结构的原因使其具有更小的压降。定位格架和跨间搅混格架交替排列,可以持续增强流体的搅混,强化传热能力,同时压降相对较小。