01 案例介紹

本期案例研究反應堆芯內棒束結構周圍的流場情況，選取 5x5 棒束構型，中央區域為一根套管，周圍均勻排布燃料棒。

模型的幾何參數如下：

計算域高 h = 6 Dh

特征長度 Dh = 4A/X = 10 mm

計算域邊長 c = 66.1 mm

棒束中心間距 P = 12.6 mm

邊緣反應棒到邊界距離 = P' - P/2 = 1.55 mm

燃料棒直徑 DC = 9.5 mm

套管直徑 DG = 12.14 mm

計算域示意圖

02 研究方法

該案例選用三種模型進行數值模擬，分別是：

1. LES，無亞格子模型

2. LES，Wale 亞格子模型

3. EB-RSM 模型

關于不同模型的計算設置，如下表所示：

計算設置

棒束間隔區域網格

邊緣區域網格

03 計算工況

計算設定為壓水反應堆工況，采用定壓驅動，具體參數設置如下：

入口壓力：P = 155 bars

溫度：T= 300 degree

密度： rho = 748.5 Kg/m3

動力粘度：mu = 9.29 E-5 Pa.s

雷諾數：ReDh = 2000

入口處湍流強度：Iu = 10%

出口流速：ud = 0.25 m/s

流場云圖

04 研究結果

法向瞬時速度

計算得到流場分布情況，尺寸略大的套棒周圍流體速度，明顯比燃料棒周圍流體速度略低，如下圖所示。

法向截面的法向速度云圖

法向時均速度

計算中進行了法向速度的時均統計，對比三種不同模型。

法向速度時均統計量

上圖中不同數字標記分別表示：

• 標記 1：LES 計算結果顯示外壁面與周圍流體速度差較大，而 EB-RSM 的結果不明顯。

• 標記 2、3：LES 得到的結果中速度低于 EB-RSM 結果的區域。

• 標記 4：LES 的結果角落區域速度更高。

壓損系數

根據計算結果，后處理數據得到法向壓損系數，對比三種不同模型。

壓損系數

結果表明，LES 和 EB-RSM 得到的壓損系數值相差不大。

05 結論

本次對 5x5 棒束構型下湍流場研究顯示：

• 反應棒陣中摻入較大尺寸的套棒使得流場法向速度不均勻分布。

• LES 模型和 EB_RSM 模型在此種構型下得到的結果相近。

• 本次研究為課題組后續進行復雜棒束構型下的非定常流動打下良好基礎。

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