一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，包括以下步骤：燃料棒束通道压降实验测点位置排布；进行不带定位格架燃料棒束通道内压降实验，利用实验数据获取摩擦阻力系数；同一雷诺数下，进行含有定位格架的燃料棒束通道压降实验，获取定位格架形成的局部阻力系数；重复上述步骤进行不同雷诺数下压降实验，以获取不同雷诺数下摩擦阻力系数以及定位格架形成的局部阻力系数；基于雷诺数对应的摩擦阻力系数与局部阻力系数，拟合获取摩擦阻力系数与局部阻力系数的计算关联式。本发明专利技术提供的实验方法将使得定位格架阻力系数的实验测定结果更加真实，利于提升研究结果的准确，从而更好支撑燃料组件研发工作。

An Accurate Experimental Method for Obtaining Local Resistance Coefficient of Fuel Assembly Location Frame

The invention discloses an accurate experimental acquisition method for local resistance coefficient of fuel assembly positioning grid, which includes the following steps: position arrangement of fuel rod bundle channel pressure drop test points; pressure drop experiment in fuel rod bundle channel without positioning grid, friction resistance coefficient obtained by experimental data; and pressure drop compaction of fuel rod bundle channel with positioning grid at the same Reynolds number. The local resistance coefficients of the positioning grid are obtained by experiment, and the pressure drop experiments under different Reynolds numbers are repeated to obtain the friction resistance coefficients under different Reynolds numbers and the local resistance coefficients formed by the positioning grid. Based on the friction resistance coefficients and local resistance coefficients corresponding to the Reynolds numbers, the correlation between the friction resistance coefficients and the local resistance coefficients is obtained by fitting. The experimental method provided by the invention can make the experimental measurement results of the resistance coefficient of the positioning grid more real, help to improve the accuracy of the research results, and better support the research and development work of the fuel assembly.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法
本专利技术涉及反应堆堆芯燃料组件
，具体涉及一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法。
技术介绍
由燃料组件构成的堆芯是核电站的心脏，如何提升堆芯燃料组件经济性与安全性是压水堆燃料组件的发展方向。定位格架是对燃料元件管进行支撑和固定的关键结构部件，同时对燃料组件的热工性能存在重大影响，因而定位格架的性能研究是先进燃料组件研发的核心和关键所在。定位格架一方面可以强化格架下游横流，进而增强燃料组件热工性能；另一方面，格架的存在会增大流动阻力。其中定位格架局部阻力系数是燃料组件研发过程中必须关注的主要技术指标之一。
技术实现思路
本专利技术提供了解决上述问题的一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，基于本专利技术将使得定位格架阻力系数的实验测定结果更加真实，因而利于研究结果的准确性，从而更好支撑先进燃料组件研发工作。本专利技术通过下述技术方案实现：一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，包括以下步骤：Setp.1，燃料棒束通道压降实验测点位置排布；Setp.2，进行不带定位格架燃料棒束通道内压降实验，利用实验数据获取摩擦阻力系数；Setp.3，在与Setp.2同一雷诺数下，进行含有定位格架的燃料棒束通道压降实验，利用实验数据获取定位格架形成的局部阻力系数；Setp.4，重复Setp.2和Setp.3进行不同雷诺数下压降实验：包括不带定位格架的燃料棒束通道以及带定位格架的燃料棒束通道两种条件下的压降实验，以获取不同雷诺数下摩擦阻力系数以及定位格架形成的局部阻力系数；Setp.5，基于雷诺数对应的摩擦阻力系数与局部阻力系数，拟合获取摩擦阻力系数与局部阻力系数的计算关联式；所述燃料棒束通道压降实验中，主体部分包括外流道、燃料棒以及定位格架。优选地，所述Setp.1中，所述压降实验测点位置包括定位格架上下游压降测点位置，且定位格架上下游压降测点与定位格架的轴向距离依据定位格架对上下游流场影响的作用距离确定。优选地，所述Setp.2中，稳定运行时燃料棒束通道内冷却剂流动处于稳定状态，此时惯性压降为零，压降可以表示为式(1)：Δp＝Δpacc+Δpgrav+Δpfric+Δpform(1)式(1)中，等号右边分别为加速压降、提升压降、摩擦压降以及局部压降；摩擦压降表示为式(2)：式(2)中，λ为摩擦阻力系数，摩擦阻力系数与雷诺数有关；L为流道长度，ρ为流体密度，ν为流体平均流速，Dh为水力直径；局部压降表示为式(3)：式(3)中，K为局部阻力系数；加速压降表示为：△Pacc＝0；提升压降△Pgrav与引压管间液柱高度差抵消。优选地，在某一固定雷诺数下测量不含定位格架的燃料棒束通道压降为△p1，此时压降为摩擦压降，所述固定雷诺数下摩擦阻力系数计算公式为：优选地，在同一雷诺数下进行含有定位格架的燃料棒束通道压降实验，利用实验数据获取定位格架形成的局部阻力系数：式(5)中，实验中压差传感器测得压差为△p2，△p1表示为摩擦压降。优选地，所述Setp.5中，拟合以雷诺数为自变量拟合摩擦阻力系数与局部阻力系数关联式，拟合关联式形式如下：λ＝aReb(6)K＝cRed(7)式(6)和(7)中，a、b、c、d为待定拟合系数，Re为雷诺数。优选地，指数形式的拟合公式采用最小二乘拟合，具体做法是取对数将关联式形式变成线性关系式，取对数后其表达式如下：lnλ＝blnRe+lna(8)lnK＝dlnRe+lnc(9)通过最小二乘拟合以及雷诺数对应的摩擦阻力系数与局部阻力系数可以获得a、b、c、d待定拟合系数，进而获得燃料棒束通道阻力特性规律。优选地，在压降实验测点压力测量过程中，沿柱体燃料棒束通道周向均布多个测压点并取平均以代替截面平均压力。本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术实验中定位格架的局部阻力系数是基于定位格架前后的压降得到的，由于定位格架后存在强烈湍流与涡流，因此定位格架后压力测点在轴向上的距离比较长，耦合了棒束沿程摩擦阻力的影响。而基于本文提出的方法，则可以分别考虑摩擦压降与局部压降的影响，使得测定的燃料组件定位格架计算局部阻力系数更加准确，并且结果可快速应用于带定位格架棒束通道阻力预测。具体地，本专利技术以棒束通道阻力特性分析研究等重大工程背景，棒束通道中摩擦压降以及定位格架对压降影响的现实需求，给出了基于实验数据对棒束通道摩擦阻力系数与局部阻力系数的计算方法。在本计算方法中，同一个雷诺数下分别开展不带定位格架的光棒束通道压降测量实验以及带定位格架棒束通道内压降实验是本计算方法实施过程的关键步骤。基于本计算方法所获得的关系式可快速计算格架形成总阻力大小。本专利技术给出的棒束通道压降中摩擦阻力的扣除方法，可为燃料组件阻力特性分析与优化提供必要参考。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的棒束通道横截面结构示意图；箭头表示液流方向；图2为本专利技术的定位格架下游不同水力直径下(Dh)截面压力分布。附图中标记及对应的零部件名称：1-外流道，2-燃料棒，3-定位格架，4-下游取压点，5-上游取压点。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例本实施例提供了一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，且以5×5棒束通道压降实验为例，棒束通道纵截面示意图如图1所示，棒束通道压降实验中，主体部分包括外流道1、燃料棒2以及定位格架3；实验具体步骤如下所述：Setp.1，燃料棒束通道压降实验测点位置排布：流体流经定位格架后会形成强烈湍流以及涡流，从而压力测点不宜布置在定位格架下游较近处，其距离取决于定位格架对下游流场影响的作用距离。以国际基准题MATiS-H实验为例，以5×5棒束通道为研究对象，并选取健壮性组合的边界条件开展了定位格架流场数值模拟工作，格架下游不同轴向距离下断面压力分布如图2所示。由图2可知，对于标准叉排类定位格架，下游测点与格架的距离应超过15Dh(水力直径)。综上所述，与不带定位格架的光棒束相比，由于定位格架会对上下游流场产生较强的影响，因此对定位格架上下游测点距格架距离有一定要求；由于格架条带会对上游流场产生一定影响，因此定位格架上游测点距格架入口应不小于5Dh；定位格架上交混叶片的存在会使得格架下游较近处存在较强横流与涡流，定位格架下游测点距格架应不小于15Dh。此外，在取压点压力测量中，考虑到周向压力分布不均匀性，处理方式为周向均布多个测压点并取平均以代替截面平均压力，减小截面分布不均匀带来的误差。Setp.2，进行不带定位格架燃料棒束通道内压降实验，利用实验数据获取摩擦阻力系数：由于定位格架上下游测压点间距离较长，摩擦压降的影响不可忽略，解决的方式是在定位格架压降测量之前进行光棒束(不含定位格架)的压降测量实验，以获取摩擦阻力系数。稳定运行时燃料棒束通道内冷却剂流动处于稳定状态，此时惯性压降为零，压降可以表示为式(1)：Δp＝Δpacc+Δpgrav+Δpfric+Δpform(1)式(1)中，等号右边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，其特征在于，包括以下步骤：Setp.1，燃料棒束通道压降实验测点位置排布；Setp.2，进行不带定位格架燃料棒束通道内压降实验，利用实验数据获取摩擦阻力系数；Setp.3，在与Setp.2同一雷诺数下，进行含有定位格架的燃料棒束通道压降实验，利用实验数据获取定位格架形成的局部阻力系数；Setp.4，重复Setp.2和Setp.3进行不同雷诺数下压降实验：包括不带定位格架的燃料棒束通道以及带定位格架的燃料棒束通道两种条件下的压降实验，以获取不同雷诺数下摩擦阻力系数以及定位格架形成的局部阻力系数；Setp.5，基于雷诺数对应的摩擦阻力系数与局部阻力系数，拟合获取摩擦阻力系数与局部阻力系数的计算关联式；所述燃料棒束通道压降实验中，主体部分包括外流道、燃料棒以及定位格架。

【技术特征摘要】
1.一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，其特征在于，包括以下步骤：Setp.1，燃料棒束通道压降实验测点位置排布；Setp.2，进行不带定位格架燃料棒束通道内压降实验，利用实验数据获取摩擦阻力系数；Setp.3，在与Setp.2同一雷诺数下，进行含有定位格架的燃料棒束通道压降实验，利用实验数据获取定位格架形成的局部阻力系数；Setp.4，重复Setp.2和Setp.3进行不同雷诺数下压降实验：包括不带定位格架的燃料棒束通道以及带定位格架的燃料棒束通道两种条件下的压降实验，以获取不同雷诺数下摩擦阻力系数以及定位格架形成的局部阻力系数；Setp.5，基于雷诺数对应的摩擦阻力系数与局部阻力系数，拟合获取摩擦阻力系数与局部阻力系数的计算关联式；所述燃料棒束通道压降实验中，主体部分包括外流道、燃料棒以及定位格架。2.根据权利要求1所述的一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，其特征在于，所述Setp.1中，所述压降实验测点位置包括定位格架上下游压降测点位置，且定位格架上下游压降测点与定位格架的轴向距离依据定位格架对上下游流场影响的作用距离确定。3.根据权利要求1所述的一种燃料组件定位格架局部阻力系数的精确实验获取方法，其特征在于，所述Setp.2中，稳定运行时燃料棒束通道内冷却剂流动处于稳定状态，此时惯性压降为零，压降可以表示为式(1)：Δp＝Δpacc+Δpgrav+Δpfric+Δpform(1)式(1)中，等号右边分别为加速压降、提升压降、摩擦压降以及局部压降；摩擦压降表示为式(2)：式(2)中，λ为摩擦阻力系数，摩擦阻力系数与雷诺数有关；L为流道长度，ρ为流体密度，ν为流体平均流速，Dh为水力直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁波，周磊，昝元锋，闫晓，黄彦平，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51