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1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的5×5燃料組件流場CFD研究作者姓名喬磊學(xué)位類別動力工程（全日制）指導(dǎo)教師張小英教授盧冬華教授所在學(xué)院電力學(xué)院論文提交日期2015年3月CFDstudyonflowingcharacteristicsof5×5fuelassemblybasedonthestructuredgridsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：QiaoLeiSupervisor：Prof.ZhangXiaoyingProf.LuDonghua
2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號：TK學(xué)校代號：10561學(xué)號：201221011329華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格5×5燃料組件流場特征的CFD研究作者姓名：喬磊指導(dǎo)教師姓名、職稱：張小英教授；盧冬華教授申請學(xué)位級別：工程碩士學(xué)科專業(yè)名稱：動力工程研究方向：反應(yīng)堆熱工水力CFD數(shù)值模擬研究論文提交日期：2015年3月9日論文答辯日期：2015年3月21日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會成員：主席：趙增立委員：張小英、
3、馬曉茜、劉定平、廖艷芬摘要在壓水堆核電站中，反應(yīng)堆堆芯為整個反應(yīng)堆系統(tǒng)提供能量，是一回路的關(guān)鍵設(shè)備。而燃料組件是堆芯的重要組成部分，研究燃料組件的流場特征非常重要。由于測量燃料組件流場的試驗技術(shù)復(fù)雜，當(dāng)前廣泛采用CFD方法對其流場特性進行研究。論文以核反應(yīng)堆棒束燃料組件的穩(wěn)態(tài)流場特征為研究對象，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法對棒束燃料組件流場計算域進行網(wǎng)格劃分，并使用ANSYSCFX程序?qū)胃窦?×3棒束燃料組件、單格架5×5棒束燃料組件及三格架5×5棒束組件的三維流動過程進行了數(shù)值模擬，得到流體的入口速度、溫度和棒束加熱方式
4、、沿程定位格架形式對燃料組件流場的影響。論文還研究燃料組件各部分結(jié)構(gòu)對流場的影響，詳細分析定位格架、剛凸、攪混翼等結(jié)構(gòu)周圍的局部流場，并比較定位格架和跨間格架對流場的不同影響，對格架間和格架后的湍流和傳熱特征進行深入探討。作為完整燃料組件流場分析的算例，所研究的三格架5×5棒束組件由前、后兩個定位格架和中間一個跨間格架組成，采用四組攪混翼偏折角度和五組翼片長度，分別計算流場參數(shù)，得到翼片幾何參數(shù)對燃料組件湍流特征和壓降的影響。論文的研究結(jié)果表明，定位格架作用使流體產(chǎn)生了劇烈的橫向交混，在定位格架后的流體局部最大橫流速度
5、達到了入口速度的60%，強化了流體和棒束間的橫流和換熱，跨間格架和定位格架對流場的作用相同，都強化了流體的橫向流動。比較5×5棒束組件中心通道、中間通道和角通道的橫流與流體溫度，中心通道的橫流速度最大，流體溫度最高，中間通道橫流速度較小，流體溫度較低，角通道橫流速度最小，溫度最低。格架局部幾何結(jié)構(gòu)對組件的橫流和壓降有重要影響，攪混翼對流體的橫流速度影響最大，增加攪混翼的偏折角度會增強格架對流場的攪混系數(shù)，但同時會導(dǎo)致燃料組件的壓降上升；增加攪混翼長度也會增強格架的攪混系數(shù)，但當(dāng)其長度不超過標(biāo)準(zhǔn)攪混翼片長度時，其長度的變
6、化對組件壓降的影響較小。論文提出的燃料組件流場結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法得到的高質(zhì)量網(wǎng)格，不僅適用于局部結(jié)構(gòu)或全結(jié)構(gòu)的燃料組件，也適用于管束通道和棒束通道，可顯著提高復(fù)雜幾何管束-棒束通道流場CFD分析的收斂速度和精度。對三種類型燃料組件三維流場及湍流特征的CFD分析結(jié)果不僅對燃料組件定位格架的結(jié)構(gòu)設(shè)計有指導(dǎo)意義，還可為反應(yīng)堆的熱工水力設(shè)計和安全穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：5×5燃料組件；結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；流動分析；CFD模擬；定位格架IABSTRACTThereactorcoreisthekeyequipmentofthefir
7、stloopinPWRnuclearpowerplant,whichprovidesenergyforthewholereactorsystem.Fuelassemblyisthemaincomponentofthecore,flowingfieldcharacteristicsoffuelassemblyisveryimportantforitsstructuredesign.Duetothecomplexityoftesttechnologymeasuringtheflowfieldoffuelassembly,t
8、heCFDmethodhasnowbeenwidelyusedtostudyitsflowfieldcharacteristics.Inthispaper,steadystatethermo-hydraulicprocessoffuelassemblyinnuclearreactoristheresearchobject.Thes
