Содержание
Список используемых сокращений ....................................................... 8
Введение ...................................................................................................... 9
Глава 1. Исследования особенностей гидродинамики и теплообмена в
пучках стержней. Литературный обзор. ....................................................... 14
1.1 Гидравлические сопротивления в каналах ТВС быстрых реакторов
............................................................................................................................ 15
1.2 Методы расчета теплообмена в ТВС быстрых реакторов с
гексагональными пучками твэлов, используемые в теплогидравлических кодах
............................................................................................................................ 27
1.2.1 Эмпирические корреляции по теплообмену при продольном
течении жидкометаллических теплоносителей в гексагональных пучках
стержней ............................................................................................................ 28
1.2.1.1 Теплоотдача в центральных ячейках пучка твэлов ................ 28
1.2.1.2 Теплоотдача от твэлов в периферийных ячейках около чехла ТВС
............................................................................................................................ 30
1.2.1.3 Учет дистанционирующих решеток ........................................ 31
1.2.1.4 Учет гидродинамически и термически нестабилизированного
теплообмена на входных участках пучка ...................................................... 31
1.2.2 Учет влияния на теплоотдачу от твэлов дистанционирующего
оребрения .......................................................................................................... 32
1.3 Экспериментальное изучение полей температур в пучках имитаторов
твэлов ................................................................................................................. 33
1.4 Экспериментальное изучение характеристик турбулентности
изотермического и нагреваемого потока в трубах и каналах сложной формы
............................................................................................................................ 42
3
Глава 2. Методы и модели, используемые для проведения расчетных
исследований. ..................................................................................................... 54
2.1 Модели турбулентности программного комплекса ANSYS ....... 54
2.1.2 k-ω модели ..................................................................................... 56
2.1.3 BSL модель .................................................................................... 57
2.1.4 Модель транспорта касательных напряжений (SST – Shear Stress
Transport) ........................................................................................................... 58
2.1.5 Модели Рейнольдсовых напряжений .......................................... 59
2.2 Программа поячейкового расчета теплогидравлических
характеристик ТВС COBRA-IV-I ................................................................... 67
Глава 3. Валидация и кросс-верификация моделей турбулентности,
используемых в CFD- кодах ANSYS CFX и ANSYS Fluent ....................... 71
3.1 Расчетное тестирование моделей турбулентности на
экспериментальных данных для потока воздуха в трубе. ........................... 72
3.1.1 Тестирование моделей турбулентности на экспериментальных
данных для потока воздуха в трубе для числа Re = 50 000 ......................... 73
3.1.1.1Тестированиемодели k-ω для Re = 50 000 ................................ 73
3.1.1.2 Тест модели BSL для числа Re = 50 000 .................................. 75
3.1.1.3 Тест модели SST для Re = 50 000 ............................................. 76
3.1.1.4 Тестирование модели Рейнольдсовых напряжений для Re = 50 000
............................................................................................................................ 78
3.1.1.4.1 Тест модели Рейнольдсовых напряжений с линейной
аппроксимацией корреляции «давление – скорость деформации» ............ 78
3.1.1.4.2 Тестирование модели Рейнольдсовых напряжений с
квадратичной аппроксимацией корреляции «давление – скорость деформации»
............................................................................................................................ 85
4
3.1.2 Тестирование моделей турбулентности на экспериментальных
данных для потока воздуха в трубе при числе Re = 500 000 ....................... 89
3.1.2.1 Тест модели k-ω для Re = 500 000 ............................................ 89
3.1.2.2 Тест модели SST для числа Re = 500 000 ................................. 91
3.1.2.3 Тест модели Рейнольдсовых напряжений с линейной
аппроксимацией момента «давление-скорость деформации» для числа Re =
500 000 ............................................................................................................... 92
3.2 Расчетное тестирование моделей турбулентности на
экспериментальных данных для потока воздуха в щелевом канале. ......... 94
3.2.1 Тестирование моделей турбулентности для потока воздуха в
щелевом канале для Re = 13 800 ..................................................................... 95
3.2.2 Тестирование моделей турбулентности для потока воздуха в
щелевом канале для Re = 23 200 ..................................................................... 98
3.2.3 Тестирование моделей турбулентности для потока воздуха в
щелевом канале для Re = 32 300 ..................................................................... 99
3.3 Тестирование моделей турбулентности на экспериментальных
данных для потока воздуха в ячейках пучков стержней ........................... 101
3.4 Тестирование моделей турбулентности на экспериментальных
данных по теплообмену в пучках стержней ................................................ 107
Глава 4. Исследования особенностей теплогидравлических
характеристик ТВС быстрого реактора-бридера. .................................... 114
4.1 Запасы работоспособности твэлов по предельно допустимым
температурным параметрам .......................................................................... 114
4.2 Исследования особенностей теплогидравлических характеристик
ТВС быстрого реактора-бридера с плотной упаковкой стержней увеличенного
диаметра .......................................................................................................... 115
5
4.2.1 Теплогидравлика бесчехловой ТВС с плотной упаковкой твэлов
увеличенного диаметра ................................................................................. 117
4.2.1.1 Бесчехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра ТВС, расположенная в центре активной зоны ........................... 119
4.2.1.2 Бесчехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра, расположенная в7-ом ряду активной зоны ................................ 120
4.2.1.3 Бесчехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра, расположенная в 8-ом ряду активной зоны ............................... 122
4.2.2 Теплогидравлика чехловой ТВС с плотной упаковкой твэлов
увеличенного диаметра и зазором между твэлами и чехлом 1 мм ........... 124
4.2.2.1 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 1 мм, расположенная в центре
активной зоны ................................................................................................. 125
4.2.2.2 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 1 мм, расположенная в 7-ом ряду
активной зоны ................................................................................................. 126
4.2.2.3 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 1 мм, расположенная в 8-ом ряду
активной зоны ................................................................................................. 127
4.2.3 Теплогидравлика чехловой ТВС с плотной упаковкой твэлов
увеличенного диаметра и зазором между твэлами и чехлом 0,5 мм ........ 129
4.2.3.1 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 0,5 мм, расположенная в центре
активной зоны ................................................................................................. 130
4.2.3.2 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 0,5 мм, расположенная в 7-ом
ряду активной зоны ........................................................................................ 131
6
4.2.3.3 Чехловая ТВС с плотной упаковкой твэлов увеличенного
диаметра и зазором между твэлами и чехлом 0,5 мм, расположенная в 8-ом
ряду активной зоны ........................................................................................ 132
4.2.4 Снижение неравномерностей температур в чехловой ТВС за счет
увеличения шага твэльной решетки с s/d=1,16 до s/d=1,19. ...................... 134
4.3 Исследование особенностей гидродинамики и теплообмена в ТВС
быстрого натриевого реактора - бридера с вариантами широких решеток
твэлов ............................................................................................................... 138
4.3.1 Особенности гидродинамики и теплообмена в чехловой ТВС с
твэлами, размещенными с шагом s/d=1,34 и дистанционируемыми
проволочными навивками типа «ребро-по-ребру» .................................... 139
4.3.1.1 Моделирование гидродинамики теплоносителя в канале ячейки
ТВС и разработка метода упрощенного учета закрутки потока теплоносителя
.......................................................................................................................... 140
4.3.1.2 Моделирование гидродинамики и теплообмена в ТВС с помощью
метода упрощенного учета закрутки потока теплоносителя .................... 144
4.3.2 Особенности гидродинамики и теплообмена в чехловой ТВС с
твэлами, размещенными с шагом s/d=1,4 и дистанционируемыми с помощью
дистанционирующих решеток ...................................................................... 150
4.3.3 Особенности гидродинамики и теплообмена в бесчехловой ТВС с
твэлами, размещенными с шагом s/d=1,4 и дистанционируемыми с помощью
дистанционирующих решеток ...................................................................... 159
4.3.4 Исследование зависимости коэффициента сопротивления
дистанционирующей решетки от формы ее входной и выходной кромки.164
Глава 5. Учет факторов неопределенности при определении
максимальных температур оболочек твэлов в ТВС ................................ 175
7
5.1 Статистические разбросы площадей проходных сечений ячеек ТВС
.......................................................................................................................... 177
5.2 Неравномерность входной температуры ..................................... 179
5.3 Неопределенность теплогидравлических параметров в центральной
ячейке максимально напряженной ТВС активной зоны ............................ 181
5.3.1 Статистические отклонения перепада давления теплоносителя на
активной зоне .................................................................................................. 181
5.3.2 Статистическое отклонение расхода теплоносителя в ячейке ТВС
.......................................................................................................................... 182
5.3.3 Статистическое отклонение температуры твэлов на высоте горячего
пятна в максимально напряженной ТВС ..................................................... 183
Заключение ............................................................................................. 189
Список литературы .............................................................................. 196
