基于结构化网格的5×5燃料组件流场cfd研究

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1、专业学位硕士学位论文基于结构化网格的5×5燃料组件流场CFD研究作者姓名乔磊学位类别动力工程（全日制）指导教师张小英教授卢冬华教授所在学院电力学院论文提交日期2015年3月CFDstudyonflowingcharacteristicsof5×5fuelassemblybasedonthestructuredgridsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：QiaoLeiSupervisor：Prof.ZhangXiaoyingProf.LuDonghua

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK学校代号：10561学号：201221011329华南理工大学硕士学位论文基于结构化网格5×5燃料组件流场特征的CFD研究作者姓名：乔磊指导教师姓名、职称：张小英教授；卢冬华教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：动力工程研究方向：反应堆热工水力CFD数值模拟研究论文提交日期：2015年3月9日论文答辩日期：2015年3月21日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：赵增立委员：张小英、

3、马晓茜、刘定平、廖艳芬摘要在压水堆核电站中，反应堆堆芯为整个反应堆系统提供能量，是一回路的关键设备。而燃料组件是堆芯的重要组成部分，研究燃料组件的流场特征非常重要。由于测量燃料组件流场的试验技术复杂，当前广泛采用CFD方法对其流场特性进行研究。论文以核反应堆棒束燃料组件的稳态流场特征为研究对象，采用结构化网格划分方法对棒束燃料组件流场计算域进行网格划分，并使用ANSYSCFX程序对单格架3×3棒束燃料组件、单格架5×5棒束燃料组件及三格架5×5棒束组件的三维流动过程进行了数值模拟，得到流体的入口速度、温度和棒束加热方式

4、、沿程定位格架形式对燃料组件流场的影响。论文还研究燃料组件各部分结构对流场的影响，详细分析定位格架、刚凸、搅混翼等结构周围的局部流场，并比较定位格架和跨间格架对流场的不同影响，对格架间和格架后的湍流和传热特征进行深入探讨。作为完整燃料组件流场分析的算例，所研究的三格架5×5棒束组件由前、后两个定位格架和中间一个跨间格架组成，采用四组搅混翼偏折角度和五组翼片长度，分别计算流场参数，得到翼片几何参数对燃料组件湍流特征和压降的影响。论文的研究结果表明，定位格架作用使流体产生了剧烈的横向交混，在定位格架后的流体局部最大横流速度

5、达到了入口速度的60%，强化了流体和棒束间的横流和换热，跨间格架和定位格架对流场的作用相同，都强化了流体的横向流动。比较5×5棒束组件中心通道、中间通道和角通道的横流与流体温度，中心通道的横流速度最大，流体温度最高，中间通道横流速度较小，流体温度较低，角通道横流速度最小，温度最低。格架局部几何结构对组件的横流和压降有重要影响，搅混翼对流体的横流速度影响最大，增加搅混翼的偏折角度会增强格架对流场的搅混系数，但同时会导致燃料组件的压降上升；增加搅混翼长度也会增强格架的搅混系数，但当其长度不超过标准搅混翼片长度时，其长度的变

6、化对组件压降的影响较小。论文提出的燃料组件流场结构化网格生成方法得到的高质量网格，不仅适用于局部结构或全结构的燃料组件，也适用于管束通道和棒束通道，可显著提高复杂几何管束-棒束通道流场CFD分析的收敛速度和精度。对三种类型燃料组件三维流场及湍流特征的CFD分析结果不仅对燃料组件定位格架的结构设计有指导意义，还可为反应堆的热工水力设计和安全稳定运行提供基础数据。关键词：5×5燃料组件；结构化网格；流动分析；CFD模拟；定位格架IABSTRACTThereactorcoreisthekeyequipmentofthefir

7、stloopinPWRnuclearpowerplant,whichprovidesenergyforthewholereactorsystem.Fuelassemblyisthemaincomponentofthecore,flowingfieldcharacteristicsoffuelassemblyisveryimportantforitsstructuredesign.Duetothecomplexityoftesttechnologymeasuringtheflowfieldoffuelassembly,t

8、heCFDmethodhasnowbeenwidelyusedtostudyitsflowfieldcharacteristics.Inthispaper,steadystatethermo-hydraulicprocessoffuelassemblyinnuclearreactoristheresearchobject.Thes