规则排列球床通道内流体流动和换热特性数值研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文规则排列球床通道内流体流动和换热特性数值研究硕士研究生：宁爽指导教师：孙中宁教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：王建军副教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文规则排列球床通道内流体流动和换热特性数值研究硕士研究生：宁爽指导教师：孙中宁教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2018年5月8日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.En

2、gNumericalAnalysisoftheFlowandtheHeatTransferinStructuredPackedBedsCandidate:NingShuangSupervisor:Prof.SunZhongningAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScienceandTechnologyDateofSubmission:May8th,2018DateofOralExamination:June5th,2018University:HarbinEngineeringUniversit

3、y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

4、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：年月日年月日摘要在当今的世界能源格局中，核能占有非常重要的地位，但由于核能资源的特殊性，其安全性和经济性成为了新一代堆芯设计的重要研究方向。球床高温气冷堆（pebble-bedhightem

5、peraturegascooledreactor）是采用球形燃料元件的高温气冷堆。规则排列球床模块堆是燃料球以规则方式堆积的一种先进的模块式高温气冷堆设计，与随机床相比换热性能更佳，应用前景十分广阔。开展针对球床内流体流动和换热特性的研究，对球床高温气冷堆的优化和球床计算方法的完善以及其它相关研究都有重要意义。本文采用CFD数值模拟计算方法，使用STAR-CCM+进行建模及网格划分，再用FLUENT软件模拟本文研究了体心立方（BodyCenteredCube）单通道球床结构内规则排列填充燃料球体在湍流流态下的流体单相流动和换热特性。鉴于之前研究者对BCC球床数值模拟结果的不一致性，本

6、文通过数值模拟，考察了不同球床排列形式对BCC球床通道流态转变的影响，进一步揭露其流态转变机制。本文主要的研究工作和结果如下：1.采用搭桥法处理颗粒间的点接触问题，确定了合适的球床规模与桥柱直径，分析了局部流动和换热特性以及桥柱直径对其的影响。结果表明：BCC球床采用单通道模型比较合适，原因是其湍流流场的对称性会从轴对称转变成中心对称，压力梯度和ܰݑ数均得到明显提高。流场对称性变化的位置受到ܴ݁数影响，但未受到球床轴向层数的影响。桥柱直径增加会降低BCC球床的局部压降，在其不高于0.1倍颗粒直径时不会对球床的压降和换热特性产生显著影响，建议取0.1倍颗粒直径较为合适。2.研究中观察到

7、流体流态转变现象。进一步研究了网格效应、湍流模型与点接触处理方法对球床湍流流场的影响。结果表明：网格的数量与网格的形式会造成模拟结果的不一致性或多样性，BCC球床的流动中流场发生对称性变化并非普遍存在，为确保CFD模拟的可信度还需进行相关的球床实验选择合适的网格形式及数量；对比ܴܰܩ݇−ߝ与标准݇−ߝ湍流模型下模拟的差异的研究结果表明：不同的湍流模型下，BCC球床通道内的流场会呈现不一样的状态，压降的轴向分布特性存在很大差异；对比截面法、缩径法、桥柱法下的