超临界自然循环回路的CFD建模与分析

论文摘要

超临界水冷反应堆(SCWR)是国际上选中的六种四代堆中唯一的水冷堆,具有经济性、延续性及可持续性等诸多综合优势,对水在超临界状态下的行为研究对发展超临界水冷反应堆(SCWR)具有非常重要的意义。本课题将利用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS CFX对一超临界自然循环回路进行建模和分析,通过数值分析的方法研究水在超临界自然循环工况下的一些传热和流动方面的特性。论文首先对计算流体动力学(CFD)和ANSYS CFX软件进行了介绍,然后对应用此软件进行CFD建模的过程以及模型简化等方面进行了详细地说明。由于水在伪临界点附近的许多物性参数会有非常明显的变化,这种物性参数的剧烈变化会使水在超临界状态下出现一些与次临界状态下不同的流动特性。通过对临界自然循环回路计算结果的分析得到了回路的加热功率—流量曲线图,功率—流量曲线分为正斜率区、水平过渡区和负斜率区三个区域。本文还对回路中流动阻力对回路运行工况的影响进行了分析,发现增加回路流动阻力可以减小回路达到最大流量时所需的加热功率,还可以增加回路在功率—流量曲线负斜率区流动和传热的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超临界水冷反应堆（SCWR）简介
• 1.2.1 超临界水简介
• 1.2.2 超临界水冷反应堆
• 1.3 超临界水自然循环研究状况
• 1.4 课题简介
• 第2章 计算流体动力学基础知识
• 2.1 数值模拟和计算流体动力学
• 2.2 流体动力学基本控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.3 常用CFD 商业软件
• 第3章 ANSYS CFX 简介
• 3.1 ANSYS CFX 的主要技术特点
• 3.2 ANSYS CFX 结构模块
• 3.2.1 ANSYS ICEM CFD
• 3.2.2 ANSYS CFX-Pre
• 3.2.3 ANSYS CFX-Solver & ANSYS CFX-Solver Manager
• 3.2.4 ANSYS CFX-Post
• 第4章 超临界自然循环回路的建模
• 4.1 超临界自然循环回路简介
• 4.2 超临界自然循环回路的建模
• 4.2.1 几何建模
• 4.2.2 划分网格
• 4.2.3 模型前处理
• 4.3 简化管壁厚度
• 4.3.1 温度分布
• 4.3.2 压力分布
• 4.3.3 速度分布
• 4.3.4 密度分布
• 4.3.5 简化管壁厚度小结
• 4.4 棱柱层的影响
• 4.4.1 固体区域棱柱层划分影响
• 4.4.2 液体区域棱柱层划分影响
• 4.4.3 棱柱层的影响小结
• 4.5 本章小结
• 第5章 超临界自然循环回路模型的对比和选取
• 5.1 模型一分析
• 5.2 模型二分析
• 5.3 模型三分析
• 5.4 模型四分析
• 5.5 四种模型的对比和总结
• 5.6 超临界自然循环回路模型
• 5.7 本章小结
• 第6章 超临界自然循环回路模型计算结果分析
• 6.1 回路典型稳态工况的结果分析
• 6.1.1 温度分布
• 6.1.2 压力分布
• 6.1.3 速度分布
• 6.1.4 密度分布
• 6.2 回路加热温度变化的结果分析
• 6.2.1 加热功率—流体温度的关系
• 6.2.2 加热功率—流体密度的关系
• 6.2.3 加热功率—流体速度的关系
• 6.2.4 加热功率—流体流量的关系
• 6.3 回路流动阻力变化的结果分析
• 6.3.1 阀门阻力—流体流量的关系
• 6.3.2 阀门阻力—流体温度的关系
• 6.3.3 阀门阻力—流体密度的关系
• 6.3.4 阀门阻力—流体速度的关系
• 6.3.5 阀门阻力—加热功率的关系
• 6.4 回路电流直接加热的结果分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果