基于CFD的四环路压水堆偏环运行数值模拟

偏环运行工况是指多环路压水堆中非对称进口条件下的非对称运行工况,也即多环路压水堆存在某一个或多个环路冷却剂泵停止运行的运行工况。目前,一维系统热工水力分析程序和试验研究还存在很大的局限性,无法对不同偏环运行工况下反应堆内发生的三维复杂热工水力现象作定量描述。

因此本文基于三维CFD数值模拟软件FLUENT,运用多孔介质模型对堆芯进行简化,并通过用户自定义函数编写动态边界条件来实现压水堆偏环运行的动态数值模拟,初步建立了一个计算准确、工程实用的四环路压水堆偏环运行数值模拟方法。首先介绍了反应堆压力容器内流动数值模拟中采用的计算模型,控制方程和数值计算方法,对多孔介质理论及动态边界条件通过用户自定义函数在FLUENT中的加载实现进行了详细介绍。

其次,通过对堆芯区域单独进行数值模拟确立了多孔介质参数及堆芯释热的模拟方案。然后对压力容器整体流域模型进行数值模拟,分析冷却剂流过堆芯的压降并与已有运行数据进行对比,证明了当前CFD方法的各项计算条件设置准确合理,数值模拟方法可靠。

对各种偏环运行工况的稳态数值模拟结果表明:满环运行工况下,对应环路的各项参数具有很强的对称性;而三环路和二环路偏环运行工况下,失效环路的冷却剂倒流对压力场、速度场和堆芯流量分配产生了一定影响,导致了整体参数的不对称性分布。最后,通过编写动态边界条件对满环运行、偏环运行相互转变的几种工况进行了数值模拟。

分析了偏环运行转变工况下,堆芯压降、各环路流量、堆芯入口流量分布及支撑柱的受力情况,结果表明在堆芯多孔介质参数确定且不进行主动的情况

下堆芯压降与流量/流速等流场特性有关;工况转变过程中,偏环程度越大,堆芯入口流量分配的不均匀度越大;工况转变过程中,支撑柱整体受力方向不变、大小变化幅度很小,表明工况转变对支撑柱的整体受力影响不大。