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工程热物理学报 2024年第1期45卷 32-39页

作者：蔡伟华李智明崔军张文超金光远孙建闯东北电力大学热流科学与核工程实验室吉林132012 中广核研究院有限公司深圳518031

花瓣形燃料棒组件由于其优良的传热性能受到国内外广泛关注。为获得花瓣形燃料棒组件在自然循环条件下的流动特性,本文对含3×3花瓣形燃料棒组件的自然循环系统开展了多尺度耦合模拟研究。基于一维用户程序和STAR-CCM+构建自然循环系统... 详细信息

花瓣形燃料棒组件由于其优良的传热性能受到国内外广泛关注。为获得花瓣形燃料棒组件在自然循环条件下的流动特性,本文对含3×3花瓣形燃料棒组件的自然循环系统开展了多尺度耦合模拟研究。基于一维用户程序和STAR-CCM+构建自然循环系统的一维和三维耦合数值模型,并结合实验结果进行了模型验证。重点分析了加热功率和高差对自然循环能力、花瓣形燃料棒组件阻力系数的影响。结果表明,系统排热功率与冷热源高差满足幂函数分布形式。通过引入黏度修正因子和结构影响因子,获得花瓣形燃料组件在宽Re数范围,不同螺距、加热和冷态条件下的阻力系数关联式的通用表达式形式,并基于模拟和公开实验数据验证了其可靠性。

关键词：自然循环系统花瓣形棒束组件自然循环能力多尺度耦合模拟阻力系数

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摇摆条件下含花瓣形棒束自然循环系统特性

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哈尔滨工程大学学报 2023年第12期44卷 2216-2223页

作者：曹今毅孙建闯孟祥飞张文超杜利鹏蔡伟华东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012 东北电力大学热流科学与核工程实验室吉林吉林132012 中广核研究院有限公司广州深圳518031

为获得摇摆下含3×3花瓣形棒束通道自然循环特性,本文基于区域分解法,采用自编一维程序和三维CFD软件构建摇摆条件下多尺度耦合数值模型。依据已有实验数据验证了模型可靠性,并分析了摇摆对花瓣形棒束通道内流动特性的影响。结果表明:... 详细信息

为获得摇摆下含3×3花瓣形棒束通道自然循环特性,本文基于区域分解法,采用自编一维程序和三维CFD软件构建摇摆条件下多尺度耦合数值模型。依据已有实验数据验证了模型可靠性,并分析了摇摆对花瓣形棒束通道内流动特性的影响。结果表明:加热功率升高使回路中冷、热流体温差增大,自然循环流量时均值增加,系统更加稳定;流体温度增加使近壁面流体粘度减小,阻力系数降低。此外,通过引入瞬时摇摆雷诺数,获得适用于摇摆条件下低雷诺数范围的流动阻力系数表达式。本文可为花瓣形燃料组件在海基核动力装置的应用提供设计依据。

关键词：自然循环系统花瓣形燃料棒摇摆运动多尺度耦合模拟流动特性压降摇摆雷诺数阻力系数

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Ni80A高温合金等温压缩过程中低能孪晶界密度在时空域的分布及演化

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第11期33卷 3387-3405页

作者：赵江权国政张钰清熊威重庆大学材料科学与工程学院重庆市先进模具智能制造重点实验室重庆400044 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 清华大学核能与新能源技术研究所先进反应堆工程与安全教育部重点实验室先进核能技术协同创新中心北京100084

调控合金热变形中低能晶界(Σ3^(n)孪晶界)密度是提高合金晶界相关性能的重要手段。为揭示在电热成形过程中孪晶界密度的分布、演化及其与晶粒尺寸和储能相关的内在机制,建立电-热-力多场、宏微观多尺度耦合有限元模型。一系列Ni80A高... 详细信息

调控合金热变形中低能晶界(Σ3^(n)孪晶界)密度是提高合金晶界相关性能的重要手段。为揭示在电热成形过程中孪晶界密度的分布、演化及其与晶粒尺寸和储能相关的内在机制,建立电-热-力多场、宏微观多尺度耦合有限元模型。一系列Ni80A高温合金在等温压缩过程中的模拟结果表明:在加热和保温阶段,孪晶界密度基本不变;在压缩阶段,孪晶界密度先快速增加而后倾向于降低。等温压缩样中孪晶界密度的分布在高温和中等应变速率下更加均匀。与细晶粒尺寸、高储能及高动态再结晶程度相对应的热变形参数区间有助于提高孪晶界密度。

关键词： Σ3n孪晶界多尺度耦合模拟电热成形镍基高温合金

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摇摆下含花瓣形棒束通道自然循环系统单相流动换热特性

摇摆下含花瓣形棒束通道自然循环系统单相流动换热特性

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作者：曹今毅东北电力大学

学位级别：硕士

核能是一种绿色、高效的能源,能有效推动我国“双碳”目标的实现。随着核能技术的日益成熟,核动力装置逐渐向小型一体化方向发展。将反应堆与船舶工程有机结合而建立的海基核动力装置,能为我国“海洋强国战略”目标的推进及实施提供强... 详细信息

核能是一种绿色、高效的能源,能有效推动我国“双碳”目标的实现。随着核能技术的日益成熟,核动力装置逐渐向小型一体化方向发展。将反应堆与船舶工程有机结合而建立的海基核动力装置,能为我国“海洋强国战略”目标的推进及实施提供强有力保障。花瓣形燃料棒具有比表面积大、搅混能力强等显著优势,能满足海基核动力装置高功率密度和长换料周期的需求,应用前景广阔。为获得海洋条件下摇摆运动,以及事故工况下自然循环流动对花瓣形棒束通道内流动与换热特性的影响,本文对含3×3方形排列棒束通道的自然循环系统开展了多尺度耦合模拟研究。相关研究结论可为花瓣形燃料元件在海基核动力装置的应用提供理论指导。本文首先建立了摇摆条件下一维程序与三维STAR-CCM+软件的多尺度耦合数值模型,并结合相关实验数据完成了模型验证。结果表明:耦合模拟计算得到的棒束通道内速度和压降结果与实验值吻合较好,相对误差集中在2%以内。其次,研究了不同高度、不同摇摆时刻下棒束通道局部流场变化规律,分析了摇摆参数对摇摆启动特性的影响,深入探究了不同摇摆条件下不同运行工况棒束通道内流动阻力特性。结果表明:摇摆条件下,受附加惯性力影响,轴向流速和二次流强度非对称分布;摇摆启动阶段,启动方向与流动方向相同时,流体惯性导致流量从某一稳定值陡降;加热功率和入口温度升高,会使冷热段密度差增加,循环驱动力增大,自然循环流量和阻力压降时均值升高,波动幅度减小;摇摆角度增大和摇摆周期减小会增大附加惯性力和有效高差变化范围,导致循环流量和阻力压降波动幅度增大,当摇摆周期从30s到20s时,流量波动幅度161.83%,摇摆角度从10°到20°,流量波动幅度增加105.79%。最后,研究了不同摇摆条件下棒束通道换热特性。研究表明:随摇摆姿态不同,垂直于摇摆轴方向上轴向流速和横向二次流改变,导致截面温度峰值明显变化;增加摇摆角度或减小摇摆周期均会导致温度波动幅度增加;平均换热系数波动幅度随摇摆角度增加而增加,摇摆角度对不同燃料棒子通道局部换热系数影响不同,中心棒周围子通道流速波动幅度更大,换热系数波动幅度达108.34%。通过考虑加速度雷诺数,获得了适用于花瓣形燃料棒束通道摇摆自然循环条件的努塞尔数关联式。考虑摇摆周期和摇摆角度的影响,得到了启动阶段努塞尔数关联式。

关键词：花瓣形棒束自然循环系统摇摆运动多尺度耦合模拟

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