反应堆子通道内超临界水流动传热特性数值模拟研究

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1、分类号___________密级____________UDC___________学号201210535186NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower硕士学位论文反应堆子通道内超临界水流动传热特性数值模拟研究导师姓名、职称_________王为术、教授____________________申请学位工学硕士学科名称流体机械及工程提交论文日期2015-04-22答辩日期2015-05-17学位授予单位、授予日期华北水利水电大学_____________

2、独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名:保证人（导师）签名签字曰期：签字曰期学位论文版权使用授

3、权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利水电大学可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)学位论文作者签名：签字日期：分类号:密级:UDC:单位代码:10078华北水利水电大学硕士学位论文反应堆子通道内超临界水流动传热特性数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONONHEATTRANSFEROF

4、SUPERCRITICALPRESSUREWATERINTHESUB-CHANNELOFREACTOR研究生姓名：陈刚指导教师：王为术教授专业名称：流体机械及工程所在学院：电力学院2015年4月摘要反应堆子通道内超临界水流动传热特性数值模拟研究摘要超临界水冷反应堆（SupercriticalWaterCooledReactor，SCWR）是六种第四代未来堆芯中唯一的水冷堆。SCWR通道独特而复杂，承受兆瓦级高热流密度和强核热反馈。由于受到高温高压等试验技术的限制，采用数值模拟的方法对反应堆子通道在超临界压力下传热特

5、性深入分析成为一种有效方式。2以反应堆棒束子通道为研究对象，在压力23~28MPa，热流密度200~1000kW/m，2质量流速700~1300kg/(m·s)，加热管外径8mm，栅距比1.2~1.4的参数范围内，采用计算流体力学软件CFX14.0，对反应堆棒束子通道内超临界水传热特性及二次流动特性进行数值模拟研究。通过对模拟结果与经验关联式预测值的分析，验证使用的物理模型及数值方法的合理性。同时将数值模拟结果与试验数据及经验关联式进行了对比分析。对反应堆棒束子通道模型进行湍流模型验证及网格敏感性分析，确定SSG湍

6、流模型模拟子通道内超临界水传热特性。建立子通道窄缝区物理模型，经湍流模型验证及网格敏感性分析确定SSG湍流模型模拟子通道窄缝区内超临界水二次流动特性。对子通道内超临界水流动传热特性进行数值模拟研究。详细分析了质量流速、压力、热流密度以及栅距比对传热特性的影响。同时对子通道内中心区和窄缝区传热不均匀性进行研究。研究结果表明，质量流速增加，强化传热增强。大比热区物性的剧烈变化引起了传热强化，在远离临界压力时，流体的热物性变化趋于平缓，传热强化降低。在较高质量流速下中心区与窄缝区传热系数差值高于在较低质量流速下的差值。随

7、着栅距比的增加，子通道周向壁温分布趋于均匀，中心主流区与窄缝区换热系数差值减小。对子通道窄缝区二次流动特性进行数值研究。研究结果表明，子通道在与主流区垂直方向形成了明显的二次流场，二次流由位于中心主流区和窄缝区之间的4个对称漩涡组成。压力、热流密度和质量流速对拟临界区二次流结构影响不大，但对二次流流场的强度有较大影响。随着压力和质量流速的增加以及热流密度的降低、均会使拟临界区二次流流速与主流速度的比值逐渐升高。将数值模拟结果与试验结果及经验关联式预测值对比分析，结果表明，数值模拟与试验数据得到的内壁温度与传热系数变

8、化趋势一致。在远离大比热区的低焓值区和高焓值区，数值模拟的结果能够很好地预测超临界水在子通道内的传热特性。但大比热区剧烈的物性变化，数值模拟结果与经验关联式预测值有一定偏差。本研究得到了国家自然基金（NO.51406026）和河南省高校创新人才计划（NO.2012HASTIT018）的资助。关键词：超临界压力水；子通道；窄缝区；传热特性；二次流IABSTRA