典型海洋条件自然循环下棒束通道流动传热特性数值研究.pdf

中文摘要 摘 要 海洋核电站是可以应对分布式能源需求的可行方案，而选择非能动的自然循 环系统可以提高海洋核电站的安全性能，但海洋运动引起核电站的倾斜、摇摆、 起伏等都会对核动力装置的自然循环造成显著的影响，甚至可能导致严重的安全 事故。本文通过 Relap5 与 Fluent 耦合平台，对海洋条件下带棒束通道的自然循环 系统的脉动流量和棒束通道内的流动及传热特性开展了数值模拟研究。 针对倾斜、升潜和摇摆运动进行合理简化并建立数学模型，将海洋条件通过用 户自定义函数（UDF ）接口加入到Fluent 中，并利用文献中的实验数据验证了过冷 沸腾模型以及运动模型的准确性；通过将海洋条件产生的附加作用力添加到 Relap5 动量控制方程的源项中，基于耦合接口程序，将带海洋条件的 Relap5 与 Fluent 耦合，实现海洋条件下带棒束通道的自然循环的模拟，并基于实验数据验证 了耦合程序计算的可行性与准确性。 海洋条件下自然循环系统流量特性与陆地静止条件下的系统流量特性不同， 倾斜条件下，单相与两相系统的驱动力与质量流速都会随着倾斜角度的增加而减 小，而且由于回路布置的原因，正倾时的流量变化大于反倾；摇摆条件下，系统流 速的波动幅度主要与摇摆周期与摇摆幅度有关，而时均值主要与加热功率和入口 温度有关；单相工况下，系统流量波动幅度主要受附加驱动力影响，而两相工况下， 系统流量的波动幅度由附加驱动力与重位驱动力的波动幅度共同决定。升潜条件 下，单相及两相系统流量波动幅度都会随着升潜幅度的增大而增大，随着升潜周期 的增大而减小，而两相工况下的波动幅度要大于单相工况。 海洋条件也会影响棒束通道内的流动传热特性。倾斜条件下，汽相在浮升力的 作用下向倾斜反方向侧迁移聚集，使得局部空泡份额及壁面温度升高，流体在倾斜 方向上发生热分层现象；摇摆条件下，由于系统流量和截面二次流的周期性波动， 汽相会在流道内做周期性的迁移运动，各子通道及局部位置的空泡份额会发生周 期性变化，棒束壁面温度也会周期性波动，导致换热系数也会随着摇摆周期，幅度， 加热功率，入口温度的变化而波动；升潜条件下，由于通道内的横向流动不如摇摆 运动强烈，所以各物理量的波动幅度都比摇摆条件下要小。而在摇摆与升潜工况下， 时均摩擦阻力系数已经不能用现有公式进行预测，而研究所得到的瞬时摩擦阻力 系数的变化规律对于工程实践具有一定的指导意义。 关键词：Relap5 与 Fluent 耦合；海洋条件；棒束通道；自然循环 I 英文摘要 Abstract Marine nuclear power plant are the most effective way to solve the energy demand for ocean sailing, by selecting the natural circulation system ,we can improve the safety performance of Marine nuclear power plant, but the ocean conditions including fluctuating, swing and inclining will cause significant impacts to the natural circulation of nuclear power plant, and may even lead to serious safety accidents. In this paper, Based on relap5 and fluent coupling platform, numerical simulation and analysis are carried out to research the pulsating flow rate of the natural circulation system with ro