子通道分析方法調(diào)研報(bào)告(存儲(chǔ)版)
【正文】 水堆通用的子通道程序VIPRE和COBRA。VIPRE01是有限容積三維反應(yīng)堆堆芯或其它類(lèi)似結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)子通道分析程序。采用有限容積導(dǎo)熱模型來(lái)計(jì)算溫度分布和壁面、管道、棒和燃料棒的熱流密度。所以，它不能反映快速變化過(guò)程，只能是穩(wěn)態(tài)或低速瞬態(tài)的一個(gè)近似表達(dá)式。但是COBRA－Ⅳ的動(dòng)量方程缺少兩個(gè)不同方向的橫流速度相乘積項(xiàng)，故它還是一個(gè)二維方程，不能準(zhǔn)確地描寫(xiě)復(fù)雜的三維流動(dòng)情況。它的缺點(diǎn)是：①目前所用的相互作用項(xiàng)還不夠完善；②計(jì)算費(fèi)用較大。[12] COBRATF守恒方程COBRA 系列程序大都采用了均相流模型, 由于均相流模型本身的局限性, 它很難對(duì)堆芯及蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的熱工水力過(guò)程進(jìn)行較為詳細(xì)的分析。在三流場(chǎng)模型中, 質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程對(duì)三個(gè)流場(chǎng)分別加以描述, 而在能量方程中, 認(rèn)為連續(xù)液相與液滴相處于熱力平衡狀態(tài), 因而能量方程只有兩個(gè)。▽[αk ( Q k + q k ) ]為傳導(dǎo)熱流和湍流熱流。 ⑤假設(shè)液滴項(xiàng)與連續(xù)液相處于熱力平衡狀態(tài)。 而使用子通道坐標(biāo)時(shí), 則通過(guò)對(duì)相鄰?fù)ǖ澜孛嫔系牟煌较虻臋M向速度的動(dòng)量輸送, 很方便地實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的三維計(jì)算。 COBRATF物理模型在均相流模型中, 物理模型的選擇相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。(1) 正常流型圖: 當(dāng)計(jì)算區(qū)域中包含的固體表面溫度小于399 ℃, 即可選用正常流型圖。 COBRATF數(shù)值方法COBRA系列程序的發(fā)展伴隨著數(shù)值方法的不斷完善。至于壓力方程的求解, COBRATF 提供了兩種方法以提高GuassSediel 迭代的速度: 其一為GS 的降維法, 其二為再平衡計(jì)算法。圖６：驟冷前沿隨時(shí)間變化關(guān)系的計(jì)算結(jié)果與FLECHT2SEASET實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較附：參考文獻(xiàn)[1] 章靖武 子通道熱工水力分析 核動(dòng)力工程，第3卷 第1期[2] 彭木彰. 核反應(yīng)堆傳熱計(jì)算，核動(dòng)力工程。并在HP486 DX 42100 微機(jī)上做了進(jìn)一步的分析計(jì)算, 整個(gè)再淹沒(méi)過(guò)程只用了6 個(gè)小時(shí)。然后對(duì)每一相的質(zhì)量和能量余量方程進(jìn)行求導(dǎo), 得到一方程組, 對(duì)這一方程組用高斯消去法可得 （４） （５） （６） ?。ǎ罚。ǎ福?duì)于所得方程組, COBRATF 使用時(shí)間步長(zhǎng)控制的方法使非線性系數(shù)αk , g k 在同一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)保持一個(gè)合理的變化范圍, 從而可以近似認(rèn)為αk , g k 恒定, 這樣方程組左邊的變量在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)通過(guò)一次計(jì)算即可解出。在計(jì)算中, 通過(guò)以上流型圖來(lái)區(qū)分流體的流動(dòng)型態(tài), 從而確定各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的適用性。COBRATF 中的流型圖分為兩個(gè)部分: 正常流型圖和熱壁流型圖。因而, 子通道坐標(biāo)得到了較為廣泛的應(yīng)用。 坐標(biāo)系與COBRA 以前版本的程序所不同的是: COBRATF除了采用子通道坐標(biāo)外, 還增加了直角坐標(biāo)系, 并且在兩套坐標(biāo)中均實(shí)現(xiàn)了三維計(jì)算。 ③傳導(dǎo)熱流被分為壁面熱流和流體間的傳導(dǎo)熱流兩部分, 液滴項(xiàng)流體間的傳導(dǎo)熱流可忽略。 M k 為相間阻力。這種將液相分為連續(xù)液相和液滴相的方法, 使得對(duì)液膜與液滴同時(shí)存在的流動(dòng)問(wèn)題的處理更為方便和真實(shí)。以致在普通微機(jī)上完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯及蒸汽發(fā)生器熱工水力特性的實(shí)時(shí)仿真。由于相間彼此不完全獨(dú)立，故方程要有一個(gè)相間的相互作用項(xiàng)來(lái)反映相間的動(dòng)量、能量或質(zhì)量的耦合關(guān)系。它沒(méi)有流向的限制，且可以接受流量或壓力邊界條件。 COBRA－Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的橫向動(dòng)量方程只考慮壓力梯度和橫向摩擦損失的影響。它針對(duì)過(guò)冷沸騰，使用經(jīng)驗(yàn)的過(guò)冷干度關(guān)系式，使用空泡干度關(guān)系式來(lái)近似兩相的影響。[9]清華大學(xué)工程物理系王松濤等用ASSERTPV V3R1計(jì)算了TACR1000在不同釷裝填模式、不同功率、不同壽期下的子通道熱工水力學(xué)特性。它們的共同點(diǎn)都是通過(guò)求解各子通道的質(zhì)量守恒、能量守恒和軸向、橫向動(dòng)量守恒等四個(gè)基本方程，先計(jì)算各子通道內(nèi)不同軸向高度上冷卻劑的質(zhì)量流量和焓值，求出最熱的通道。6. 進(jìn)行子通道分析的具體要求。2. 同一個(gè)組件內(nèi)不同子通道的交混系數(shù)是不同的。（3） 為使計(jì)算容易進(jìn)行，軸向和橫向動(dòng)量方程的控制體之間的各種位置所需之計(jì)算資料要做近似處理。等質(zhì)量模型認(rèn)為兩股發(fā)生交混的流體是等質(zhì)量的，因而在交混過(guò)程中不發(fā)生凈質(zhì)量交換，只引起能量和動(dòng)量的交換。在THINC和SASS程序中，Km的計(jì)算式為：在COBRA中，羅伍（ROWc）研究了小間隙子通道間的矩形控制體內(nèi)的動(dòng)量平衡，得到下式：式中，Ｆ為摩阻和形阻損失；ｌ為橫向偽長(zhǎng)度，它近似等于子通道的質(zhì)心距。將動(dòng)量守恒原理應(yīng)用于i子通道的控制體內(nèi)（圖5），可得動(dòng)量守恒方程： （5）式中，分別為子通道的流體的流速、壓力、比容、有效動(dòng)量遷移比容、兩相摩擦倍率和單相摩擦系數(shù)；D為子通道的當(dāng)量直徑；g為重力加速度；為子通道軸向與鉛錘方向的夾角； 是考慮熱量和動(dòng)量渦流擴(kuò)散之間不完全模擬的系數(shù)；u*為有效橫向流速，它與能量方程中的h*相類(lèi)似。密度對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù) 給出由于流體的膨脹或收縮引起的流量變化。另一種子通道的邊界由所謂“零剪應(yīng)力線”所構(gòu)成。在可能出現(xiàn)熱組件或熱通道位置的附近，子通道可以分得細(xì)小些，在遠(yuǎn)離熱組件或熱通道的一般位置，子通道可劃分得大些。子通道的劃分完全是人為的，可以把幾個(gè)燃料組件看作一個(gè)子通道，也可把一個(gè)燃料組件內(nèi)的幾根燃料元件棒所包圍的冷卻劑通道作為一個(gè)子通道，不論所劃分的子通道的橫截面積有多大，在同一軸向位置上冷卻劑的壓力、溫度、流速和熱物性都認(rèn)為是一樣的。湍流交混可分為自然湍流交混和強(qiáng)迫湍流交混。[3]圖2：邊界擬合坐標(biāo)方法2. 子通道方法 子通道分析的一般原理單通道模型是把所以計(jì)算的通道看作是孤立的、封閉的，在整個(gè)堆芯高度上與其它通道之間沒(méi)有質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換。多孔體公式也沒(méi)有子通道分析方法中對(duì)橫向動(dòng)量方程的近似處理。在流體區(qū)域中, 固體的存在一是減小了流動(dòng)面積, 從而影響到流速及其相關(guān)
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