堆芯燃料组件域横流轮系结构与特性研究

作     者：陈广亮 章汉琦 陶文铨 

作者机构：哈尔滨工程大学核科学与技术学院 西安交通大学能源与动力工程学院 

出 版 物：《原子能科学技术》 (Atomic Energy Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金青年项目(51909045) 中核集团“青年英才”项目(CNNC2019YTEP-HEU01) 

主　　题：反应堆 热工水力 交混 流轮系 

摘      要：反应堆冷却剂流动与传热状态的空间差异性易致局部高温，在平均温度安全的条件下引入烧毁熔融风险，堆芯精细化计算流体动力学计算分析能够细致识别堆芯亚毫米级的流体速度、压力、温度等参量极值与分布状态，然而传统研究多对流阻、热阻、流动交混等状态进行线、面、体宏观积分来衡量，堆芯千万级或亿级网格的精细化数据被转化为数百或数千数量的集总数据，物理状态由三维降低到二维或一维，空间分辨率从亚毫米级降低到分米级或更低，精细数据不能有效、充分利用。为此，本文开展堆芯精细流动特性研究，探究了流体的自发构形特性，并参考机械齿轮系原理，设计了基于流轮系的精细流动分析方法；探究了堆芯组件域的轮系结构在储能、减阻、降低能量品质蜕变速率、自发优化、维持大域流动交混等特性。结果表明，堆芯燃料组件搅混翼下游流动通过自发构形，使轮系结构逐渐成熟，流动的湍流秩序逐渐协调，经量化分析确认该过程更有利于减缓横流动能的衰减速率；同时堆芯5×5棒束燃料组件等小域流动在反映流动轮系结构上存在偏差，致使质动能交混研究存在一定的局限性。