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矩形窄缝内流动与换热数值计算方法研究

作　者: 李磊
导　师: 张志俭
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 矩形窄缝板状燃料元件数值计算对流换热
分类号: TL331
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文对矩形窄缝内流动与换热的数值计算方法进行了研究。在明确窄缝流道及燃料板换热物理过程的基础上，建立了描述矩形窄缝内单相流动与换热问题的数学模型，并给出了合理的边值条件；然后利用有限容积法对方程进行离散，根据SIMPLER算法的流程编制了模型求解程序；在验证程序正确性的基础上，对矩形窄缝流动与换热问题进行了求解，得到了矩形窄缝流道和板状燃料元件内部温度场、速度场的二维分布。通过计算得到以下结论：用紊流κ-ε两方程模型来描述矩形窄缝内流动是适合的，所采用的模型求解方法比较有效，所编制程序的正确性也得到了验证，可以用来求解窄缝内单相流动与换热问题，这为进一步研究窄缝两相换热问题打下了基础。求解所得的温度场和速度场表明：板状燃料元件具有良好的导热特性，即便是采用导热性能较差的二氧化铀作燃料，燃料元件中心区最高点温度仍比较低；窄缝流道内温度边界层和速度边界层都很薄，边界层内温度和速度变化剧烈。窄缝内局部流动和换热特性受缝隙宽度的影响，当改变流道宽度使换热系数增加时，其阻力系数也会增大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究背景与目的  9-10
  1.2 窄通道流动与换热的研究现状  10-16
    1.2.1 实验研究现状  10-14
    1.2.2 窄缝流动数值模拟研究现状  14-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
    1.3.1 已有研究工作不足及问题提出  16-17
    1.3.2 本文主要研究内容  17-18
第2章矩形窄缝流动与换热数学模型的建立  18-36
  2.1 物理模型的建立和简化  18-20
  2.2 数学模型的建立  20-35
    2.2.1 控制体的选取  20-21
    2.2.2 燃料元件内部的热传导模型  21-23
    2.2.3 冷却剂对流换热模型  23-34
    2.2.4 通用求解方程的建立  34-35
  2.3 小结  35-36
第3章模型的数值求解方法及程序实现  36-57
  3.1 数值方法求解过程  36-38
  3.2 控制方程的离散化  38-48
    3.2.1 网格的建立  38-41
    3.2.2 控制方程的离散  41-48
  3.3 离散后代数方程的求解  48
  3.4 整体的求解步骤  48-51
    3.4.1 流固耦合传热问题的处理  49-50
    3.4.2 问题的最终求解步骤  50-51
  3.5 为获得收敛解所采取的措施  51-54
    3.5.1 选择合适的松弛因子  52-53
    3.5.2 采用线迭代和块修正法加速收敛  53-54
  3.6 求解程序的编制  54-56
    3.6.1 程序设计和编制的特点  54-55
    3.6.2 程序的组成、功能和调用关系  55-56
  3.7 小结  56-57
第4章数值计算结果及分析  57-72
  4.1 求解程序正确性的验证  57-64
    4.1.1 程序验证采用的方法  57
    4.1.2 同心窄圆环形管道内充分发展层流换热问题的验算  57-60
    4.1.3 水平矩形窄缝内单相流动与换热问题的验算  60-64
  4.2 燃料元件稳态温度场和速度场计算结果  64-69
    4.2.1 燃料板温度场计算结果  65-67
    4.2.2 窄缝流道内冷却剂温度场和速度场分布  67-69
  4.3 窄缝宽度对流道换热特性和阻力特性的影响  69-71
  4.4 小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

矩形窄缝内流动与换热数值计算方法研究

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