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随着计算机技术及计算流体力学的不断深入发展,CFD技术在堆芯热工水力计算方面的应用也得到快速发展。近年来对于子通道流场及温场的数值模拟越来越多,然而计算能力的限制使得计算工作只能在有限的较为典型的区域进行,边界条件的选择成为必然。如何处理相邻子通道间的影响是选择边界条件时需要考虑的问题。文献调研表明不少研究者选取对称边界,如此则割断相邻通道相互影响,使得问题得以简化。然而也有不少研究者选取周期性边界条件来考虑通道相互影响。目前相关研究对于两种边界选用的合理性均缺乏相关考查与验证,这给 CFD深入研究带来了困惑。鉴于此,本文基于CFD技术,深入分析堆芯子通道冷却剂湍流特性,对计算域边界条件的合理选择,以及相邻通道间的相互影响特性进行了数值分析与研究。 利用 CFD技术,以两个相邻子通道作为研究对象,对比分析了对称性边界条件与周期性边界条件数值计算结果,考查了不同节径比和雷诺数对湍流流场的影响及其对相邻子通道间的相互影响特性及规律。研究表明对于稳态工况数值模拟两种边界条件均可,而对于瞬态工况则有所不同。瞬态工况数值模拟选用对称性边界还是周期性边界,与堆芯子通道节径比及雷诺数有关,而节径比的影响尤为显著。针对不同节径比(1.05-1.3)分析表明,当节径比大于1.15时,选用对称性边界与周期性边界对流场分布没有明显影响;当节径比小于1.15时,由于相邻子通道间交混现象的出现,对流场分布影响较大,选用对称性边界明显不合理,应该选用周期性边界以考虑相邻通道的相互影响。 通过对各节径比相邻子通道间的交混现象进行数值模拟,发现节径比1.15是相邻子通道间交混现象影响的区分点。节径比小于1.15时,湍流流态下相邻子通道间存在交混现象,且交混程度强烈,对流场的分布影响较大。节径比大于1.15时,湍流流态下雷诺数增大到一定程度相邻子通道间才会出现交混现象,且交混程度微弱,对流场分布的影响较小。因而选择节径比1.15作为交混现象的区分点,也可定为稠密栅元和普通栅元的划分界限。 在影响因素的分析中发现,节径比的影响较大。在雷诺数不变的情况下,节径比从1.05开始逐渐增大,横向交混速度的脉动振幅逐渐减小,脉动频率也逐渐减小,直至节径比增加到某一值时交混现象不再发生,该值与雷诺数有关。节径比小于1.15时,湍流流态下相邻子通道间交混现象一直存在,且交混程度剧烈,随着雷诺数的增加,脉动频率逐渐增大。节径比大于1.15时,雷诺数较小相邻子通道间无交混现象发生,雷诺数较大时交混现象微弱,交混速度脉动振幅很小,对于流场分布影响可以忽略。随着雷诺数的增加,交混速度的脉动频率会逐渐增加。