一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，包括七步：1、划分螺旋十字型燃料组件的子通道；2、明确基本几何参数；3、拟合相邻螺旋十字型棒之间无量纲间隙宽度与扭转角的关系式；4、通过计算流体力学方法计算流动后掠交混参数在不同无量纲间隙宽度时的值；5、拟合流动后掠交混参数与无量纲间隙宽度的关系式；6、将步骤5拟合的关系式代入改进子通道守恒方程中离散；7、应用子通道程序计算螺旋十字型燃料组件子通道热工参数。应用本发明专利技术的方法能够更精确地计算螺旋十字型燃料组件的热工水力特性。组件的热工水力特性。组件的热工水力特性。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法


[0001]本专利技术涉及反应堆燃料组件流体动力学模拟和分析
，具体涉及一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法。

技术介绍

[0002]螺旋十字型燃料组件由螺旋十字型燃料棒组成，燃料棒之间能够实现相互支撑定位，不必设置定位格架结构。相同的核燃料装载体积，螺旋十字型燃料组件具有更大的换热面积，且螺旋结构能够增强横向交混，从而增强子通道之间的传热传质。与传统的圆柱型燃料组件相比，其功率密度能够提高20％以上。
[0003]螺旋十字型燃料组件的横向交混以流动后掠为主，该横向交混为强迫交混，相比于自然交混，其交混程度显著增强，湍流交混相比于流动后掠可以忽略不记。此外，螺旋十字型棒的几何结构造成间隙宽度并非为一常数，其大小与扭转角度相关，常数交混参数并不能精确计算螺旋十字型燃料组件的横向交混，从而造成传统子通道程序不能精确计算螺旋十字型燃料组件子通道热工参数。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，应用本专利技术的方法能够为螺旋十字型燃料组件子通道提供更精确的热工参数计算结果。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：划分螺旋十字型燃料组件的冷却剂流动通道为多个子通道；
[0008]步骤2：确定螺旋十字型燃料组件的基本几何参数，包括参考坐标、螺旋十字型棒的螺距、各种类型子通道即内子通道、边子通道和角子通道的流通面积、相邻螺旋十字型棒间隙宽度的最大值；
[0009]步骤3：确定螺旋十字型棒扭转角与参考坐标的Z坐标的函数关系，拟合相邻螺旋十字型棒之间无量纲间隙宽度与扭转角的关系式；
[0010]步骤4：通过计算流体力学方法计算流动后掠交混参数在不同无量纲间隙宽度时的值；
[0011]步骤5：拟合流动后掠交混参数与无量纲间隙宽度的关系式；
[0012]步骤6：将步骤5拟合的关系式代入改进子通道守恒方程中进行离散；
[0013]步骤7：应用子通道程序计算螺旋十字型燃料组件子通道热工参数。
[0014]所述步骤1中的子通道划分方法如下：在同一横截面上，连接相邻螺旋十字型棒中心点，以燃料组件边缘的螺旋十字型棒中心点为原点向边缘外壁做垂线，毗邻燃料组件外壁角的子通道为角子通道，毗邻燃料组件外壁边的子通道为边子通道，其余的子通道为内子通道。
[0015]所述步骤2中的基本几何参数为固定常数。
[0016]所述步骤3中扭转角与竖坐标有关，在螺旋十字型棒每一个螺距下，扭转角的范围是0
‑
360
°
。
[0017]所述步骤4中分别提取至少一组内子通道、边子通道和角子通道交界面处的详细数值计算结果，包括：多组数据提取点的X、Y、Z坐标值、多组数据提取点的流体温度、多组数据提取点的流体密度、多组数据提取点的流体合速度大小、多组数据提取点的流体合速度在x轴和y轴的分量；处理结果后获得在不同无量纲间隙宽度下的流动后掠交混参数。
[0018]所述步骤5中流动后掠交混参数采用二次多项式或者三次多项式拟合。
[0019]所述步骤6中的改进子通道守恒方程如下：
[0020]质量守恒方程：
[0021][0022]轴向动量守恒方程：
[0023][0024]横向动量守恒方程：
[0025][0026]能量守恒方程：
[0027][0028]式中：
[0029]A
i
为子通道i的流体面积，m2；
[0030]C，C
s
，C
t
为常数因子；
[0031]D
h
为子通道的水力直径，m；
[0032]h
g
,h
i
,h
j
分别为间隙g、子通道i和子通道j的流体流动焓值，J/kg；
[0033]H
r
为传热系数，W/(m2·
K)；
[0034]k
f
为横向热导率，W/(m
·
K)；
[0035]K
f
,K
g
,K
l
分别为摩擦系数；
[0036]l
ij
为子通道i和子通道j的中心距离，m；
[0037]p
i
,p
j
分别为子通道i和子通道j的压力，Pa；
[0038]P
r
为子通道的湿周，m；
[0039]T
f
为子通道流体温度，K；
[0040]T
i
,T
j
分别为子通道i和子通道j的流体温度，K；
[0041]u
i
,u
j
分别为子通道i和子通道j的流体轴向速度，m/s；
[0042]u'
k
为等效子通道控制体的轴向速度，m/s；
[0043]v'
ij
为子通道i内流体进入子通道j的横向流动速度，m/s；
[0044]v'
k
为等效子通道控制体的横向速度，m/s；
[0045]为子通道i和子通道j之间界面在扭转角θ处的无量纲间隙宽度；
[0046]S
max
为子通道i和子通道j之间界面间隙宽度的最大值，m；
[0047]W
θ,ij
为在扭转角θ处子通道i内流体进入子通道j的单位长度质量流量，kg/m
·
s；
[0048]ρ
i
,ρ
g
分别为子通道i和间隙g处的流体密度，kg/m3；
[0049]Δz子通道研究区域的长度，m；
[0050]Δβ
k
为相邻间隙的参考角之差，度。
[0051]所述步骤7中采用的子通道程序计算流程如下：
[0052]步骤1：读入流体物性参数、流动后掠交混参数、守恒方程的常数因子和尺寸参数；
[0053]步骤2：设置流体计算域的初始值和边界条件；
[0054]步骤3：求解轴向动量守恒方程，得到子通道的轴向压力梯度；
[0055]步骤4：求解横向动量守恒方程，得到子通道控制体的横向速度；
[0056]步骤5：求解能量守恒方程，得到流体焓值和温度；
[0057]步骤6：求解质量守恒方程，得到流体轴向速度；
[0058]步骤7：判断步骤3
‑
6的求解结果否满足收敛条件：其中ε为压降收敛常数，Δp
i
为子通道i的总压降/Pa，Δp
av
为组件通道的平均压降/Pa；若不满足收敛条件，则开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：划分螺旋十字型燃料组件的冷却剂流动通道为多个子通道；步骤2：确定螺旋十字型燃料组件的基本几何参数，包括参考坐标、螺旋十字型棒的螺距、各种类型子通道即内子通道、边子通道和角子通道的流通面积、相邻螺旋十字型棒间隙宽度的最大值；步骤3：确定螺旋十字型棒扭转角与参考坐标的Z坐标的函数关系，拟合相邻螺旋十字型棒之间无量纲间隙宽度与扭转角的关系式；步骤4：通过计算流体力学方法计算流动后掠交混参数在不同无量纲间隙宽度时的值；步骤5：拟合流动后掠交混参数与无量纲间隙宽度的关系式；步骤6：将步骤5拟合的关系式代入改进子通道守恒方程中进行离散；步骤7：应用子通道程序计算螺旋十字型燃料组件子通道热工参数。2.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤1中的子通道划分方法如下：在同一横截面上，连接相邻螺旋十字型棒中心点，以燃料组件边缘的螺旋十字型棒中心点为原点向边缘外壁做垂线，毗邻燃料组件外壁角的子通道为角子通道，毗邻燃料组件外壁边的子通道为边子通道，其余的子通道为内子通道。3.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤2中的基本几何参数为固定常数。4.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤3中扭转角与竖坐标有关，在螺旋十字型棒每一个螺距下，扭转角的范围是0
‑
360
°
。5.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤4中分别提取至少一组内子通道、边子通道和角子通道交界面处的详细数值计算结果，包括：多组数据提取点的X、Y、Z坐标值、多组数据提取点的流体温度、多组数据提取点的流体密度、多组数据提取点的流体合速度大小、多组数据提取点的流体合速度在x轴和y轴的分量；处理结果后获得在不同无量纲间隙宽度下的流动后掠交混参数。6.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤5中流动后掠交混参数采用二次多项式或者三次多项式拟合。7.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法，其特征在于：所述步骤6中的改进子通道守恒方程如下：质量守恒方程：轴向动量守恒方程：
横向动量守恒方程：能量守恒方程：式中：A
i
为子通道i的流体面积，m2；C，C
s
，C
t
为常数因子；D
h
为子通道的水力直径，m；h
g
,h
i
,h
j
分别为间隙g、子通道i和子通道j的流体流动焓值，J/kg；H
r
为传热系数，W/(m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，姜殿强，李新宇，周星光，贺亚男，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：