子通道分析方法調(diào)研報(bào)告-wenkub.com
2025-08-02 04:59 本頁(yè)面
【正文】 , 第10卷 第6期[3] 彭木彰 COBRA程序數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn) 核動(dòng)力工程。在此基礎(chǔ)上對(duì)通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了再次細(xì)分,將原來(lái)的單通道結(jié)構(gòu)改為雙通道結(jié)構(gòu)。詳細(xì)過(guò)程可見文獻(xiàn)[ 13] 。在給定壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)之后, COBRATF 首先解出動(dòng)量方程, 然后用新的速度場(chǎng)代入質(zhì)量方程和能量方程, 因?yàn)樵撍俣葓?chǎng)與真實(shí)速度場(chǎng)的差異, 方程兩邊不等, 將方程右邊移到左邊可得余量方程。COBRAⅢC 中采用了半顯式的邊值解法, 使得由繞絲和導(dǎo)流片所引起的強(qiáng)烈交混問(wèn)題的求解成為可能, 同時(shí)也提高了瞬態(tài)分析的能力。否則即形成彈狀流[6] 。正常流型圖以空泡份額αv 為依據(jù)將流動(dòng)型態(tài)分為彌散泡狀流(0 αv 0. 2) 、塊狀流(0. 2 ≤αv ≤0. 5) 、攪拌流(0. 5 αv αcrit ) 和膜狀流(αcrit ≤αv) 。COBRATF 在借鑒A. E. Dukler 1979 年Houson 大學(xué)所作的關(guān)于流型轉(zhuǎn)變的年度報(bào)告之后, 發(fā)展了一種適用范圍極廣又極為簡(jiǎn)單的流型圖, 作為流型判別的依據(jù)。而在兩流體模型中, 由于兩流體模型的準(zhǔn)確性主要取決于描述流體間相互作用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的準(zhǔn)確性, 因此物理模型就顯得至關(guān)重要。對(duì)于一些復(fù)雜的兩相流動(dòng), 用子通道坐標(biāo)處理也極為方便。而在COBRAⅣ中, 由于動(dòng)量方程中沒有不同方向橫向速度乘積這一項(xiàng)[2 ] , 因而COBRAⅣ只能是一個(gè)準(zhǔn)三維的程序。這是COBRA 系列中以前版本的程序所不能比擬的。由于假設(shè)兩相處于熱力平衡狀態(tài),連續(xù)液相和液滴相的能量守恒方程可以合并為一個(gè)。 ②粘性力可分為壁面剪切力和流體間的剪切力兩部分, 在液滴相中第一部分可忽略。 Γk h k 是由質(zhì)量傳遞所引起的能量交換。 M k 為因質(zhì)量交換所引起的動(dòng)量交換。兩流體模型的基本守恒方程組如下:質(zhì)量守恒方程 （１）動(dòng)量守恒方程 （２）能量守恒方程 ?。ǎ常∈街? 下標(biāo)k 分別為連續(xù)汽相( k = v) 、連續(xù)液相( k = 1) 和液滴相( k = e) 。它將流動(dòng)區(qū)域分為連續(xù)汽相、連續(xù)液相和液滴相。COBRATF 則采用了兩流體三流場(chǎng)模型。 另一方面, 由于采用強(qiáng)穩(wěn)定兩步法的計(jì)算方法, 使程序的計(jì)算速度大大提高。Stewart用COBRA－ＴＦ和COBRA－Ⅳ分別進(jìn)行了蒸汽發(fā)生器的熱工水力計(jì)算，結(jié)果表明：COBRA－ＴＦ所用的機(jī)時(shí)和內(nèi)存貯量是COBRA－Ⅳ的３－４倍。COBRA－ＴＦ則是采用兩流體模型，即把汽、液兩相流當(dāng)作兩種分離的流體來(lái)描寫。COBRA－ＤＦ是COBRA－Ⅳ的一種發(fā)展。同時(shí)發(fā)展了一種新的ＡＣＥ解法，即時(shí)間顯式瞬時(shí)壓力－速度法。COBRA－ⅢＣ增加了橫向動(dòng)量方程的兩個(gè)加速項(xiàng)，同時(shí)改進(jìn)了數(shù)值解法。下面從關(guān)鍵的“橫向動(dòng)量方程”處理角度來(lái)看各代程序的演變。二氧化鈾和鋯合金的熱物性是安裝好的，其它材料物性需要通過(guò)輸入指定。它能夠計(jì)算單相流和均勻兩相流，從過(guò)冷到過(guò)熱以及超臨界。它能夠計(jì)算詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)堆芯流量分布、冷卻劑狀態(tài)、燃料棒溫度以及MDNBR。[8] 中國(guó)原子能科學(xué)研究院張東輝等人使用子通道程序SOBOS對(duì)中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR) 棒束型燃料組件內(nèi)的堵流進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)證。 針對(duì)特定的堆型開發(fā)的子通道程序研究人員基于熱工水力子通道分析方法，針對(duì)特定的堆型，開發(fā)了特定的子通道分析程序。這種相互作用是子通道分析的主要特點(diǎn)，通常有如下三個(gè)主要過(guò)程：由于子通道間橫向壓力梯度引起的橫向流，致使子通道間產(chǎn)生凈的質(zhì)量、能量和動(dòng)量交換；（1） 由壓力和流量的隨機(jī)波動(dòng)引起的湍流交混，它只引起子通道間凈的熱量和動(dòng)量交換，不引起質(zhì)量交換；（2） 在兩相流系統(tǒng)中，氣泡具有向高速區(qū)和幾何開闊區(qū)域轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)通常稱為“空泡漂移”，也會(huì)引起子通道間的質(zhì)量、能量和動(dòng)量交換。有了以上條件，可以使子通道分析更精確，計(jì)算更省，從而促進(jìn)反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)。由于相鄰流道間橫流量和橫流阻力都很小，要使計(jì)算快速收斂，可有不同的方法。對(duì)此要作計(jì)算分析，以判斷這一簡(jiǎn)化的可行性。此外，在由第一步轉(zhuǎn)入第二步分析時(shí)，即使已知流出的冷卻劑組件的橫流量及焓，還要確定對(duì)于流入冷卻劑的相鄰組件各子通道的影響大小；從直觀來(lái)說(shuō)，它與流體橫流過(guò)管束時(shí)的熱交換情況相類似，這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。當(dāng)將反應(yīng)堆冷卻劑流道芬兩步分析時(shí)，第一步先進(jìn)行全堆分析，初始條件為堆芯入口處進(jìn)入各燃料組件的冷卻劑之和應(yīng)等于給定的冷卻劑總流量；堆芯出口處的約束條件為各燃料組件出口處的壓力相同。（2） 由于子通道布置的非正交性，致使橫向動(dòng)量平衡方程不能像軸向動(dòng)量平衡方程那樣嚴(yán)格處理。在相鄰子通道內(nèi)流體密度不同時(shí)，交混過(guò)程不引起能量和動(dòng)量的交換，而要引起凈質(zhì)量的交換。兩股流體在子通道間的交混目前用兩種模型加以描述：等質(zhì)量模型和等體積模型。 湍流交混效應(yīng)相鄰子通道間的湍流交混效應(yīng)是很重要的，因?yàn)樽顭岬淖油ǖ乐械撵手饕峭ㄟ^(guò)這種途徑來(lái)降低的。切萊梅爾（Chelemer）等根據(jù)單相實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮到軸向流速的影響，得到如下的橫向阻力系數(shù)的修正公式：式中，為常數(shù)；V為橫向流速；u為軸向流速；為當(dāng)時(shí)的Km值。圖5：軸向動(dòng)量守恒 橫向動(dòng)量平衡方程橫向流量Wij由橫向動(dòng)量平衡方程確定。第四項(xiàng)表示橫向流動(dòng)引起的焓遷移。若子通道是均勻的，h*可定義為：當(dāng)Wij0時(shí)，h*=hj；當(dāng)Wij0時(shí)，h*=hi。Wij為從子通道i〉j的單位長(zhǎng)度上的橫向流量。分析中將子通道沿軸向分成若干控制體。大多數(shù)子通道程序均采用這種劃分法。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，子通道計(jì)算在數(shù)學(xué)上是空間域內(nèi)的多點(diǎn)邊值問(wèn)題，以進(jìn)出口壓力作為邊界條件。3．根據(jù)需要?jiǎng)澐謾M截面大小不同的子通道。一般情況下，這三種方法同時(shí)結(jié)合應(yīng)用：1．利用整個(gè)堆芯形狀對(duì)稱、功率分布對(duì)稱的特點(diǎn)，只要計(jì)算1/8堆芯就可以了。在應(yīng)用子通道模型進(jìn)行分析計(jì)算之前，首先需要把整個(gè)堆芯劃分成若干個(gè)子通道。徑向壓力梯度起因于通道進(jìn)口處壓力分布的差異，功率分布的不同，以及燃料元件棒偏心、彎曲等尺寸形狀的誤差、壓力梯度的存在，造成了定向凈橫流。相鄰?fù)ǖ篱g冷卻劑的橫向交混是由于流體流動(dòng)時(shí)相同通道間流體的湍流作用及徑向壓力梯度所引起。子通道模型考慮到相鄰?fù)ǖ览鋮s劑之間在流動(dòng)過(guò)程中存在著橫向的質(zhì)量、熱量和動(dòng)量的交
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