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流固耦合的相关资料

第33卷

20I

第2期

4月

核动力工程

NuclearPowerEngineering

V01.33.NO.2APr.2012

2矩

文章编号:0258-0926(2012)02 0078-06

矩形通道的流固耦合传热模拟

毕树茂,刘昌文

中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室.成都,610041

摘要:针对带发热板的矩形通道,利用CFX程序对其进行流固耦合传热模拟,并对网格进行传热方面的

敏感性分析,得到较好的网格尺度。最后,通过与直接添加表面热流密度模拟的对比,分析流固耦合传热模拟的好处。研究结果表明,流固耦合传热模拟能更准确地研究通道的薄弱环节,提高热工性能。

关键词:矩形通道;流固耦合;传热;CFX程序;敏感性分析中图分类号:TL33

文献标志码:A

引言

由于矩形通道具有结构紧凑,燃料芯体温度低,换热面积大等突出特性,适合于具有高传热性能的紧密传热组件,在核动力领域具有很大的应用潜力。相对于传统采用棒状燃料组件的压水堆,采用板型燃料组件的压水堆堆芯活性段的流道形状有很大的改变,堆芯流动及传热特性差异很大。为了进行板型燃料组件的优化设计和深入的安全分析,有必要对这种特定复杂堆芯结构进行细致的研究。

随着计算机技术的迅速发展,计算流体力学(CFD)作为流体力学领域第三种重要研究方式逐渐被认可。CFD方法既可深入了解流体的流动及传热过程,又可减少实验以节省成本,近20年来的大量研究成果充分证实了其可靠性。流固耦合传热模拟作为近年来CFD研究的突出成果,能够对通道内壁的传热进行模拟,使模拟更接近真实条件,获得更准确而丰富的温度场。因此,本研究使用基于CFD方法的CFX程序,对矩形通道进行考虑发热的流固耦合传热数值模拟,以获得矩形通道的温度场。并通过网格敏感性分析,探索有效的矩形通道流固耦合传热模拟方法,为实现板型燃料组件的流固耦合传热模拟打下基础。

时间,快速获得更多的数据以便分析研究,模拟计算的对象由2块发热板和1个流道组成(图1)。

图1研究对象侗囱

Fig.1

b一—啼边;A——宽边对应的面

Sketch

M印ofStudyObject

Section

2.2网格划分

根据上述的区域划分,利用UnigraphicsNX软件建模,建立研究对象的几何结构。然后利用

ICEMCFD软件进行网格划分。由于物性和发热

选项不一样,必须将固体划分为3个不同的域:①包壳(CLADDING);②发热的燃料芯板考虑为另2个固体域(RODl和ROD2);③流体域

(FLUIDo六面体网格处理规则形状的流道比较

容易,而且可以生成3个方向尺度差异很大的网格而仍能保证较高的网格质量。本次研究的流道形

状比较规则,且流道狭窄,3个坐标轴方向的尺度

差异很大,采用六面体网格既能有效控制网格数量,又能保证迭代收敛和较高的求解精度。在网格划分时,对径向和靠近发热板的流体近壁面应该局部加密,而在矩形通道内部采用长宽比较大的网格,以节省网格数量。对轴向,l由于流道是闭式通道,流动行为简单,网格不需要加密。所得网格见图2。

2数值模拟

2.1计算对象

此次模拟主要在于研究方法,为了节省计算

收稿日期:2011-02.22:修回日期:2011.10.20

万方数据

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