基于激光診斷技術(shù)的棒束通道流場研究.pdf

1、壓水堆燃料組件的冷卻劑通道為棒束形式，其內(nèi)部的流動傳熱特性直接影響到反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因?yàn)槿粝胩岣叻磻?yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，必須在滿足最小燒毀比等準(zhǔn)則的條件下，提高反應(yīng)堆的功率等參數(shù)，而只有在準(zhǔn)確預(yù)測流場，更好地獲得流固耦合傳熱特性的基礎(chǔ)上，才能提高反應(yīng)堆功率等參數(shù)。因此本文開展了PIV測量帶定位格架的棒束通道流場研究。
　　本研究以壓水堆燃料組件為背景，針對帶定位格架的棒束通道，在常溫常壓條件下對其內(nèi)部單相流場進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)中棒束通

2、道的結(jié)構(gòu)和尺寸依據(jù)商用壓水堆燃料組件設(shè)計(jì)加工，根據(jù)實(shí)驗(yàn)橫截面和縱截面的拍攝需求，設(shè)計(jì)加工了5×5帶定位格架的棒束通道。實(shí)驗(yàn)通道中有三個定位格架，測量范圍為第二個定位格架到第三個定位格架后200mm，測量的數(shù)據(jù)包含軸向的豎直截面和橫向的水平截面的流場。實(shí)驗(yàn)中使用了高速攝影儀、激光器等設(shè)備，采用粒子圖像測速技術(shù)，獲取棒束通道內(nèi)流場圖像。為配合粒子圖像測速技術(shù)，使用了折射率匹配技術(shù)，其中試驗(yàn)件中棒選擇氟化乙烯丙烯共聚物薄管，可與去離子水實(shí)現(xiàn)折

3、射率匹配，從而得到無畸變的光學(xué)圖像。經(jīng)過圖像處理技術(shù)，得到了棒束通道內(nèi)的流場數(shù)據(jù)。
　　通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了典型的速度分布和流動結(jié)構(gòu)，如定位格架后的雙渦結(jié)構(gòu)，該現(xiàn)象與他人的實(shí)驗(yàn)和CFD計(jì)算結(jié)果符合較好。同時，定量對比了含相同定位格架棒束通道流場的數(shù)值研究結(jié)果，得到了較好的符合度，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的可靠性。此外，在通道邊緣區(qū)域觀測到了與前人計(jì)算結(jié)果沒有的的速度分布結(jié)構(gòu)值得進(jìn)一步研究。基于速度場數(shù)據(jù)，還給出了定位格架之后二次流強(qiáng)度等流場

4、特性隨距定位格架距離的變化規(guī)律，得到二次流強(qiáng)度隨距離增加，先增大后減小，在z=25mm高度處達(dá)到最大值。定量分析了橫截面的渦量隨高度的變化，反映出橫向流場流動結(jié)構(gòu)隨高度的變化，發(fā)現(xiàn)定位格架后的雙渦結(jié)構(gòu)在z=20mm高度處依舊可見。此外，通過對比流速不同的工況，說明了充分發(fā)展湍流狀態(tài)下，橫向流場分布的相似性。
　　為了更好的評估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本研究基于日本可視化協(xié)會提出的PIV誤差模型，結(jié)合研究所使用的PIV技術(shù)，利用誤差傳遞原理，給出