子通道分析方法调研报告.doc

子通道分析方法调研报告国家重点基础研究发展计划(973)(编号:2007CB209800)课题4:超临界水堆堆芯复杂流道中热质传输行为特征与机理(编号:2007CB209804)报告编号:子通道分析方法调研报告编写:许志红校合:杨燕华审核: 、能量和轴向动量守恒方程 -01 -TF -TF守恒方程 -TF物理模型 -TF数值方法 -TF算例分析 19参考文献: -水力设计的限制。为了提高堆芯的热工-水力性能,要求堆芯的热工-水力分析尽可能精确地计算出堆芯各子通道内的压力、流量和焓分布,从而使对水堆设计造成重大限制的烧毁比和出口含汽量的计算更为精确。在压水堆的早期设计中,堆芯的热工-水力设计都是在名义条件下进行,并把所得到的结果再迭加上极端条件下的热管因子和累积状态下的不确定性。由于设计中重复地使用这些因子,从而使设计过于保守。现在,随着对堆芯在各种工况下热工-水力性能的深入了解和电子计算机的普遍使用,使堆芯热工-水力的精确计算成为可能。[1]堆芯热工水力的分析方法主要有子通道分析方法、多孔体方法、标准的棒束热工水力分析方法。[2]。子通道是棒束之间流道的自然几何划分,它以燃料本身和燃料棒之间的假想连线所包围的流动面积定义为一个子通道的横截面积(图1)。流体在这样的流道中流动,一面与周围的燃料进行能量和动量交换,一面通过假想边界与相邻通道进行质量、能量和动量交换。子通道方法有两个很重要的假设:假设流体沿通道轴向流动速度远大于横流速度,横流流量一旦离开间隙就会汇入轴向流动(主流方向)而失去横流的方向性。因此,可以将轴向动量和横向动量分离开进行处理;假定相邻通道之间的一切交换是通过湍流横流和转向横流进行的,以简化动量微分方程。子通道分析方法解得的流体温度和速度等参量都是取控制体的平均值,忽略了通道内部的精细分布。图1:,借助体积孔隙率、分布阻力和热源(或热阱)等概念来描述非均匀介质(准连续介质)中的流体运动,把堆芯的棒束结构看成是一个具有一定孔隙的流场。多孔体模型把流体流动空间的障碍物引入被计算单元中,用多孔度、穿透率及分布阻力和分布热源等参数来考虑障碍物对流体在该微元中流动的影响,分别以质量守恒、动量守恒和能量守恒的形式给出。在流体区域中,固体的存在一是减小了流动面积,从而影响到流速及其相关量;二是改变了能量和动量传递。前者可以通过引入体积多孔度和表面穿透率来修正,后者可以通过在能量方程中引入分布热源和在动量方程中引入分布阻力来处理。准连续区域的计算,实际上就是用多孔体取代实际区域中含有的固体进行计算的。计算模型采用均一化方法,在计算模型中把实际区域中各处的固体和流体,按相同的体积多孔度,相同的表面穿透率,和在界面上具有相同的能量和动量传递来处理。多孔体模型可以使复杂的流动传热过程得以简化,同时又保留了微分方程形式描述其流动和换热的特点,这是对棒束间复杂流动传热进行模拟计算的有效方法之一。[3]多孔体模型控制体的尺度要比子通道的尺度大得多。多孔体方法的适用范围较广,不像子通道分析那样只限于棒束几何条件。多孔体公式也没有子通道分析方法中对横向动量方程的近似处理。但是,它解得的温度和速度等参量仍然是控制体的平均值。-斯托克斯方程时,边界条件直接影响到解的性质。对于棒束这样复杂的几何条件,很难用有限差分形式准确地表示弯曲的边界条件。“标准的棒束热工水力分析方法”方法利用边界拟合坐标将一个复杂的棒束几何体系变换成一个矩形坐标网络体系(图2)这样,它内部的燃料棒被变换成窄条、平板或方块,原来弯曲的边界变成与坐标方向完全一致的边界,边界上的格点准确地落在差分网络的格点上,这就有可能达到准确的求解。因此,利用这种方法有可能解出控制体或计算单元中的精细分布。当然,变