APWR堆燃料棒热传递的数值计算与研究(3)
目前国际上核安全界常用的分析程序主要有： (1)系统性程序： STCP， ASTEC， MAAP，
THALE， ESTE， JASMINE，MACRES，MAPLE 等；（2）机理性程序：
SCDAP/RELAP5，CONTAIN，VICTORIA，CATHARE/ICARE，GASFLOW 等[4] [5]。
国外对 CFD 在工程实际中的应用进行了很多研究。Imaizumi
[6]
等分析了 PWR 燃
料组件的三文流动特性，然后，美国西屋电气的 L.D. Smith[7]
研究了“计算流体动力
学在反应堆中应用基准” ，应用CFD软件STAR-CD，对标准高雷诺数
k
模型、非线
性二次
k
模型和双层模型等湍流模型进行了可用性研究。2006 年 Kliem S[8]
等用
CFX5 模拟压力容器下腔室的混合流动，从而对三文耦合程序 DYN3D/RELAP5 和
DYN3D/ATHLET 的可行性进行了分析。Boros I
[9]
等利用 CFD 程序对 VVER-40 反应
堆一回路管道流动进行了数值模拟，并有效的解释了热分层现象。Rohde U[10]
等分别
利用商用软件 CFX 和 FLUENT 对压水堆一回路系统冷却剂的混合流动和流量分配实
验进行了数值模拟，并且给出了在合流动问题中CFD软件的建议。
国内也对CFD在工程实际中的应用进行了很多研究。熊万玉[11] [12]
等从1998 年开
始用CFD对格架进行研究， 分析它对流体流动的影响。 在设计中国先进研究堆(CARR)
过程中， 刘兴民[13]
采用多孔模型， 数值模拟堆芯流量， 计算结果为试验提供理论依据。
王小军[14]
等在2001-2002 年通过计算与试验分析了棒束通道内的两相分布。中国核动
力研究设计院的聂华刚[15]
等运用 CFD 技术，数值模拟 MIPR 堆芯热工水力试验模拟
体。中国原子能科学研究院的杨志民[16]
等用SIMPLE 方法编制多孔体模型的程序，数
值模拟流动体流动时，棒束通道中存在挡板的情况。杨长江[17]
等针对湍流模型和近壁
网格密度，完成了 CFD 应用于 CARR 堆芯计算的基准化研究，并模拟了堆芯不同位
置、不同工况下的燃料组件和结构件的流场与温场。
在国内外的研究中，我们可以发现，在某些三文单相下的瞬态流动中已经用到了
CFD[18][19]
。随着计算传热学和计算流体力学的发展和进步，CFD 已普遍应用于传热
过程与温度场变化的研究中。随着 CFD 的发展与完善，它能够优化核反应堆的设计
且为核反应堆事故提供更加有效和精确的参考[20][21]1.3
本文以有内热源的单根核燃料棒为模型，数值分析先进压水堆燃料棒的传热。棒
体内部通过非结构化网格中的数值计算方法，数值模拟反应堆堆芯的热环境和温度场
分布。燃料棒外流场采用工程方法，计算层流与紊流的热通量分布。主要工作如下：
（1） 建立模型、生成网格。采用商业流体动力学软件 Fluent 的前处理软件 Gambit
软件建立模型，生成的非结构化网格通过 C++语言接口转换生成网格，最后将
转换后的网格文件导入用Fortran 编写的三文程序中，对两种燃料棒模型内的温
度场分布进行数值模拟。
（2） 分别分析两类模型和两类边界条件对温度场分布的影响。
（3） 当控制棒插入与未插入时，分析两种燃料棒模型在两种边界条件下的温度分布
与大小。当温度系数分别为正负时，分析两种燃料棒模型在两种边界条件下的
温度分布与大小。分析反应堆的安全性。
（4） 对燃料棒外流场进行工程计算，数值计算三种流动状态下的温度场。
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