乏燃料组件流动与换热数值分析-核能科学与工程专业论文.docx

Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M. Eng Numerical Analysis of Thermal-Hydraulic Characteristics of Spent Fuel Rod Assembly Candidate: Ma Teng-da Supervisor: Prof. Zeng He-yi Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Nuclear Energy Science and Engineering Date of Submission: Jan 10,2012 Date of Oral Examination: Mar 19,2012 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后）由哈尔滨工程 大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年 月 日 年 月 日 摘 要 核电技术涉及范围很广，包括反应堆物理、反应堆热工水力、反应堆控制、反应堆 结构和材料等。热工水力设计主要目的是保证反应堆堆芯在各种运行工况下都能得到足 够的冷却，这里燃料组件热工水力计算是主要分析工作之一。燃料组件格架是燃料组件 重要结构部件直接影响其热工水力特性，本文利用 CFD 方法分析了带搅混翼格架燃料 组件流动传热特性。所做工作主要有：对复杂格架模型的几何生成与网格划分，堆芯工 况下格架特性的数值模拟，乏燃料水池工况下格架流场与温场分析。 组件模型取一个周期的 5×5 燃料组件进行分析，应用 UG 三维造型软件进行几何模 型的建立，网格划分软件为 ICEM CFD，划分方法采取混合网格方法。光滑棒束部分划 分六面体，格架段复杂几何部分利用自动四面体方法，最终对两部分网格进行合并，边 界层网格利用 Tgrid 软件生成。本文最终采用多面体与六面体网格混合网格进行计算， 多面体网格在 FLUENT 软件中转换生成。 计算结果展示了棒束间流动分布与温度分布，横截面横向流动云图与温度云图，形 状阻力系数以及棒束表面温度分布。比较分析了三种计算模型：光棒模型、搅混翼模型 以及完整格架模型，计算结果表明在堆芯工况下带搅混翼格架燃料组件与光棒模型相比 明显增强了横向流动并降低了棒束表面最高温度。完整格架模型与搅混翼模型相比较， 完整格架模型的刚突弹簧结构对流场影响明显，温度场由于接触部位的复杂性会在接触 处表面有温度较高区域，需要对格架设计时减少接触部位的面积以防止接触处的温度分 布恶化。对于乏燃料水池工况下格架依然起到一定搅混作用，但非常微弱，刚突弹簧在 此工况下对流场以及温场影响可以忽略。对两种工况下完整格架组件模型进行比较分 析，观察主流速度与横向流动变化，乏燃料水池组件内横向流动在距离格架出口 50mm 处消失，堆芯工况下至组件出口横向流动变弱但仍未消失。 关键词：计算流体力学；燃料组件；格架；乏燃料水池 Abstract Prerequisite for the rapid development of nuclear power is to ensure the safety and economic advantages. The range of reactor designs involved is wide, including reactor physics, reactor thermal hydraulics, reactor control