基于LES运动条件对棒束子通道交混特性影响机理研究

To enhance the safety and fuel economy of PWR, it’s quite necessary for subchannel analysis to get the detailed local distributions of mass and enthalpy. Subchannel mixing processes are of key importance for subchannel computer codes, which mainly comprise turbulent mixing, cross flow by pressure gradient,grid scattering and flow sweeping in static situations. Thermohydraulics under motion condtions have gained more and more attention in these years. Extra inertial force and gravity component on the cross section plane can significan-tly change the secondary flow and hence influence subchannel mixing intensity. This study aims at series of thorough simulation of the subchannel mixing processes based on Large Eddy Simulation (LES) method. Based on the calculation results, the microscopic mechanism of motion effects and the coupling characteristics between motion and spacer grids will be highlighted. Furthermore, correlations to calculate mixing intensity by motion will be achieved. This study can push LES method to be applied in advanced fuel element design and analysis for our country. The outputs will be a key foundation for the concerned computer codes development and offshore nuclear reactor or nuclear power ships.

为了提高压水堆的安全性和经济性，通过子通道分析精确获取燃料组件内局部流场和焓场分布十分必要。子通道交混过程是子通道分析的关键所在，在常规静止条件下，主要包括湍流交混、横向压差驱动的横流混合、定位格架后掠和流动散射等。近年来运动条件下热工水力特性的相关研究逐渐受到国内研究者的重视。运动条件引入的非惯性附加力或横向重力分量会显著改变二次横流，从而将对子通道交混产生明显影响。本项目拟采用LES方法，对各种运动条件下棒束子通道交混过程进行细致模拟，并基于计算结果数据库从微观角度深入研究运动条件对子通道交混特性的影响机理及其与定位格架之间的耦合关系，最终获得运动交混效应的计算关联式。本研究有利于促进LES方法在我国先进燃料组件热工设计和计算分析中的应用，也可为相关子通道分析程序研制以及我国海上核电站或核动力船舶的设计提供关键技术支撑。

本文采用大涡模拟对运动条件下棒束子通道交混特性开展了研究。首先开展光棒束通道内的湍流交混强度影响研究，然后研究带定位格架棒束通道对交混的影响规律。在竖直静止条件研究的基础上，研究了倾斜、升潜与摇摆条件对棒束通道交混特性影响规律，系统性地获取了运动条件对棒束通道交混特性的影响规律。.研究结果表明，大涡模拟可精确复现棒束通道基准题内时均流场，对于湍流脉动的统计值与实验结果趋势保持一致，优于非定常雷诺时均模拟。从机理角度揭示了类似周期性脉动流动特性是棒束通道湍流交混形成的主要成因。倾斜、升潜条件对棒束通道内交混特性几乎没有影响。摇摆对棒束通道内交混时均特性影响较小，对交混脉动特性有一定影响，且脉动值随着摇摆幅值的增大而增大。并定量化定义了运动交混因子，量化交混后深入分析了运动条件对交混特性影响规律。.本研究作为深入认识船用海洋条件对棒束通道热工水力特性影响机制的基础，可用为运动条件下子通道程序开发、热工水力计算与设计提供必要的技术支撑。..