子通道分析方法調(diào)研報告(存儲版)
【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。采用有限容積導熱模型來計算溫度分布和壁面、管道、棒和燃料棒的熱流密度。所以，它不能反映快速變化過程，只能是穩(wěn)態(tài)或低速瞬態(tài)的一個近似表達式。但是COBRA－Ⅳ的動量方程缺少兩個不同方向的橫流速度相乘積項，故它還是一個二維方程，不能準確地描寫復雜的三維流動情況。它的缺點是：①目前所用的相互作用項還不夠完善；②計算費用較大。[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, 它很難對堆芯及蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的熱工水力過程進行較為詳細的分析。在三流場模型中, 質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程對三個流場分別加以描述, 而在能量方程中, 認為連續(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。▽[αk ( Q k + q k ) ]為傳導熱流和湍流熱流。 ⑤假設(shè)液滴項與連續(xù)液相處于熱力平衡狀態(tài)。 而使用子通道坐標時, 則通過對相鄰通道截面上的不同方向的橫向速度的動量輸送, 很方便地實現(xiàn)流場的三維計算。 COBRATF物理模型在均相流模型中, 物理模型的選擇相對來說比較簡單。(1) 正常流型圖: 當計算區(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, 其二為再平衡計算法。圖６：驟冷前沿隨時間變化關(guān)系的計算結(jié)果與FLECHT2SEASET實驗結(jié)果的比較附：參考文獻[1] 章靖武 子通道熱工水力分析 核動力工程，第3卷 第1期[2] 彭木彰. 核反應(yīng)堆傳熱計算，核動力工程。并在HP486 DX 42100 微機上做了進一步的分析計算, 整個再淹沒過程只用了6 個小時。然后對每一相的質(zhì)量和能量余量方程進行求導, 得到一方程組, 對這一方程組用高斯消去法可得 （４） （５） ?。ǎ叮 。ǎ罚。ǎ福τ谒梅匠探M, COBRATF 使用時間步長控制的方法使非線性系數(shù)αk , g k 在同一時間步長內(nèi)保持一個合理的變化范圍, 從而可以近似認為αk , g k 恒定, 這樣方程組左邊的變量在一個時間步長內(nèi)通過一次計算即可解出。在計算中, 通過以上流型圖來區(qū)分流體的流動型態(tài), 從而確定各種經(jīng)驗關(guān)系式的適用性。COBRATF 中的流型圖分為兩個部分: 正常流型圖和熱壁流型圖。因而, 子通道坐標得到了較為廣泛的應(yīng)用。 坐標系與COBRA 以前版本的程序所不同的是: COBRATF除了采用子通道坐標外, 還增加了直角坐標系, 并且在兩套坐標中均實現(xiàn)了三維計算。 ③傳導熱流被分為壁面熱流和流體間的傳導熱流兩部分, 液滴項流體間的傳導熱流可忽略。 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, 使得對液膜與液滴同時存在的流動問題的處理更為方便和真實。以致在普通微機上完全可以實現(xiàn)對堆芯及蒸汽發(fā)生器熱工水力特性的實時仿真。由于相間彼此不完全獨立，故方程要有一個相間的相互作用項來反映相間的動量、能量或質(zhì)量的耦合關(guān)系。它沒有流向的限制，且可以接受流量或壓力邊界條件?！ OBRA－Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的橫向動量方程只考慮壓力梯度和橫向摩擦損失的影響。它針對過冷沸騰，使用經(jīng)驗的過冷干度關(guān)系式，使用空泡干度關(guān)系式來近似兩相的影響。[9]清華大學工程物理系王松濤等用ASSERTPV V3R1計算了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特性。它們的共同點都是通過求解各子通道的質(zhì)量守恒、能量守恒和軸向、橫向動量守恒等四個基本方程，先計算各子通道內(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. 進行子通道分析的具體要求。2. 同一個組件內(nèi)不同子通道的交混系數(shù)是不同的。（3） 為使計算容易進行，軸向和橫向動量方程的控制體之間的各種位置所需之計算資料要做近似處理。等質(zhì)量模型認為兩股發(fā)生交混的流體是等質(zhì)量的，因而在交混過程中不發(fā)生凈質(zhì)量交換，只引起能量和動量的交換。在THINC和SASS程序中，Km的計算式為：在COBRA中，羅伍（ROWc）研究了小間隙子通道間的矩形控制體內(nèi)的動量平衡，得到下式：式中，Ｆ為摩阻和形阻損失；ｌ為橫向偽長度，它近似等于子通道的質(zhì)心距。將動量守恒原理應(yīng)用于i子通道的控制體內(nèi)（圖5），可得動量守恒方程： （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； 是考慮熱量和動量渦流擴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*相類似。密度對時間的偏導數(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，子通道可以分得細小些，在遠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，可以把幾個燃料組件看作一個子通道，也可把一個燃料組件內(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、流速和熱物性都認為是一樣的。湍流交混可分為自然湍流交混和強迫湍流交混。[3]圖2：邊界擬合坐標方法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算的通道看作是孤立的、封閉的，在整個堆芯高度上與其它通道之間沒有質(zhì)量、動量和能量交換。多孔體公式也沒有子通道分析方法中對橫向動量方程的近似處理。在流體區(qū)域中, 固體的存在一是減小了流動面積, 從而影響到流速及其相關(guān)
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