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板状燃料组件堵流事故数值分析

作　者: 宋磊
导　师: 郭赟
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 板状燃料组件堵流事故流固耦合瞬态数值分析
分类号: TL352
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 27次
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内容摘要

板状燃料元件构成的组件因具有结构紧凑，燃料芯体温度低，较高的换热效率和较深的燃耗等特点，被广泛应用在一体化反应堆和实验用研究堆中。在某些事故工况下，譬如由于燃料元件的辐照肿胀、堆内材料碎片或异物随冷却剂循环流入堆芯，就可能引发冷却剂流道堵塞事故。该事故将造成燃料板失冷，板温升高，可能导致局部冷却剂蒸干，威胁燃料包壳的完整性，甚至可能造成放射性外泄，引发严重事故后果。以往对于板状燃料组件堵流事故的研究主要局限在采用一维系统分析程序和二维空间CFD模拟计算的层面上，本文则采用CFD技术对板状燃料组件进口、中部、出口以及不同堵塞程度等9种堵流事故工况进行了三维空间的流固耦合数值模拟，计算了事故后三个流道内冷却剂流场以及包括燃料板及其包壳在内的整个计算域温度场的瞬态变化过程。结果表明，9种不同堵塞工况在具体的流场、温度场分布及变化上各不相同，但其间也存在着一些共性：堵流事故发生后，三个流道内冷却剂流量将迅速重新分配，并引起燃料板包壳外表面热流量的再分配，从而使得堵塞通道内部的温度场和流场都发生了剧烈变化。但在采用“面堵塞”方式的前提下，无论何种堵塞工况均没有发生冷却剂饱和沸腾现象。燃料板上最高温度点会从其几何对称中心位置向堵塞流道一侧发生偏移，但没有出现堵塞流道内部冷却剂温度高于燃料板的所谓“反传热”现象。同时对紧邻堵塞流道一侧燃料板包壳上的最高温度区域给予了关注，其形状和位置会因不同堵塞工况而异。本文所获得的计算结果对于今后进一步研究堵流事故具有重要的指导意义，可供板状燃料反应堆的研发与设计借鉴。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 论文选题的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究动态  11-13
    1.2.1 国外研究动态  11-12
    1.2.2 国内研究动态  12-13
  1.3 对于文献调研的总结  13-15
  1.4 课题研究的目标和基本内容  15-16
  1.5 课题研究的方案  16-17
第2章板状燃料组件堵流事故数值建模  17-25
  2.1 几何模型  17-19
  2.2 网格剖分  19-20
  2.3 堵流事故工况模拟方法  20-21
  2.4 湍流模型  21-25
    2.4.1 Realizable k-ε两方程模型  21-23
    2.4.2 壁面函数法  23-24
    2.4.3 Y+值  24-25
第3章求解过程与稳态工况计算验证  25-33
  3.1 材料热物性  25
  3.2 燃料板热源  25-26
  3.3 边界条件  26-28
    3.3.1 入口边界  26
    3.3.2 湍流参数  26-27
    3.3.3 流固耦合界面  27
    3.3.4 出口边界  27-28
    3.3.5 其余边界条件  28
  3.4 正常工况稳态计算验证  28-33
    3.4.1 Y+值  28-30
    3.4.2 正常工况计算结果分析  30-33
第4章堵流事故数值计算结果分析  33-78
  4.1 瞬态计算时间步长  33
  4.2 堵流事故工况瞬态计算  33-35
  4.3 95%中部堵流事故  35-50
    4.3.1 入口堵塞  35-38
    4.3.2 中间堵塞  38-41
    4.3.3 出口堵塞  41-43
    4.3.4 三种堵塞位置计算结果对比分析  43-50
  4.4 95%侧边堵流事故  50-63
    4.4.1 入口堵塞  50-53
    4.4.2 中间堵塞  53-55
    4.4.3 出口堵塞  55-57
    4.4.4 三种堵塞位置计算结果对比分析  57-63
  4.5 100%全部堵流事故  63-78
    4.5.1 入口堵塞  63-66
    4.5.2 中间堵塞  66-69
    4.5.3 出口堵塞  69-71
    4.5.4 三种堵塞位置计算结果对比分析  71-78
第5章结论与展望  78-80
  5.1 主要结论  78-79
  5.2 对未来进一步研究工作的展望  79-80
参考文献  80-84
附录 A  84-85
附录 B  85-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89

板状燃料组件堵流事故数值分析

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