全结构的5 ×5 定位格架及棒束通道的三维流场分析

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2014.12.016

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2014, Vol. 42 ›› Issue (12): 104-111.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2014.12.016

全结构的5 ×5 定位格架及棒束通道的三维流场分析

张小英¹ 孙庆友¹乔磊¹ 卢冬华^2† 文青龙²

1．华南理工大学电力学院，广东广州 510640; 2．中科华核电技术研究院有限公司，广东深圳 518026

收稿日期:2014-03-28 修回日期:2014-08-27 出版日期:2014-12-25 发布日期:2014-11-17
通信作者: 卢冬华(1969-)，男，博士，研究员，主要从事反应堆热工水力研究． E-mail:ludonghua@cgnpc.com.cn
作者简介:张小英(1973-)，女，教授，博士生导师，主要从事核反应堆热工安全理论与计算研究．E-mail:zxy1119@scut．edu．cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51176052，51376065);广东省科技攻关项目(2013B010405004)

Analysis of 3D Flow Field in Unabridged 5 ×5 Spacer Grid and Rod Bundle Channel

Zhang Xiao-ying¹ Sun Qing-you¹ Qiao Lei¹ Lu Dong-hua² Wen Qing-long²

1.School of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China;2.China Nuclear Power Technology Research Institute,Shenzhen 518026,Guangdong,China

Received:2014-03-28 Revised:2014-08-27 Online:2014-12-25 Published:2014-11-17
Contact: 卢冬华(1969-)，男，博士，研究员，主要从事反应堆热工水力研究． E-mail:ludonghua@cgnpc.com.cn
About author:张小英(1973-)，女，教授，博士生导师，主要从事核反应堆热工安全理论与计算研究．E-mail:zxy1119@scut．edu．cn
Supported by:
国家自然科学基金资助项目(51176052，51376065);广东省科技攻关项目(2013B010405004)

摘要/Abstract

摘要： 研究燃料组件定位格架及棒束通道的流动特征对组件结构设计有重要意义．为此，以 5 ×5 燃料组件的全结构定位格架为研究对象，建立组件的三维几何模型及非结构化网格，并采用 CFD 程序对棒束通道的流动特征与燃料棒的传热特征进行仿真，研究定位格架上搅混翼、刚突、弹簧和条带对组件流场的影响．研究表明定位格架对燃料组件的流动搅混和传热有明显的增强，搅混翼对流场的扰动最显著，其下游的横流主要沿翼片伸张方向发展，扰流长度为格架高度的 10 倍以上;刚突和弹簧只在其结构部位产生局部横流，刚突的横流以自条带向凸沿发展，单弹簧结构的横流沿弹簧的弯曲方向，双弹簧结构只在与条带连接处有微弱横流．

关键词: 燃料组件, 全结构定位格架, 流动, 传热, 横流, 计算流体动力学

Abstract:

The flow characteristics of spacer grid and rod bundle channels play an important role in the frame designof fuel assembly.In this paper,one unabridged spacer grid of a 5 ×5 fuel assembly is investigated.Its 3D geometryand unstructured grids are established,and a CFD code is adopted to simulate the flow characteristics of rod bundlechannels and the heat transfer characteristics of the fuel rod.Then,the effects of mixing vane,dimple,spring andband on the flow field of the fuel assembly are analyzed.The results show that (1) the spacer grid can significantlyenhance the flowing mixture and the heat transfer in the fuel assembly; (2) the mixing vane has the most signifi-cant effect on the flow field,and the downstream lateral flow of the mixing vane forms along the vane stretch direc-tion with a lateral flow length of more than 9 times greater than the grid length; and (3) the dimple and the stringcause the lateral flow to form only near their location; specifically,the lateral flow of the dimple extends from theband to the dimple front,the lateral flow of the single spring runs along its bending direction,and as for the dualspring,there exists a weak lateral flow in its joint part with the band.

Key words: fuel assembly, unabridged spacer grid, flow, heat transfer, lateral flow, CFD

张小英孙庆友乔磊卢冬华文青龙. 全结构的5 ×5 定位格架及棒束通道的三维流场分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2014, 42(12): 104-111.

Zhang Xiao-ying Sun Qing-you Qiao Lei Lu Dong-hua Wen Qing-long. Analysis of 3D Flow Field in Unabridged 5 ×5 Spacer Grid and Rod Bundle Channel[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2014, 42(12): 104-111.

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全结构的5 ×5 定位格架及棒束通道的三维流场分析

Analysis of 3D Flow Field in Unabridged 5 ×5 Spacer Grid and Rod Bundle Channel

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