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在核工业领域,CFD软件是一种非常重要的工具,在众多方面对核反应堆的安全分析有促进作用。根据对CFD在热工水力的应用进行评估和总结,可以发现大多数的热工水力问题都是多相流问题。 SimPop有多年核工业领域服务经验,拥有强大的技术团队和专业的多相流分析软件,长期为客户提供复杂多相流的CFD解决方案,可对气液流动与换热过程、流固耦合换热问题、沸腾及冷凝等相变问题、颗粒的湍流输运问题等进行专业的分析。

与传统的CFD工具相比,SimPop拥有更加高端的多相流分析工具,主要特点如下:

先进的界面追踪模型:VOF,Level Set,Phase Field等;

完善的相变模型;

快速的结构化网格生成方法;

丰富的多相流模型:RANS,LES,V-LES等;

高效的并行运算功能

目前,SimPop公司已参与到多个热工水力的项目,涉及的计算案例主要有:

蒸汽发生器内的流动与换热过程;

一回路硼稀释过程;

泡核沸腾和膜态沸腾等;

LOCA承压热冲击问题;

燃料棒子通道模拟分析;

热震荡的数值分析;

安全壳内部的冷凝和液膜的流动;

安全壳外壁面液膜流动与蒸发;

冷凝喷射问题。

LOCA承压热冲击

当冷却水喷入热管时,壁面处的热冲击是非常重要的现象。对LOCA承压热冲击过程(PTS)进行模拟,可获得管道各截面的流场及温度分布,以及可捕捉到相界面的波动,并分析管壁热应力分布。

该过程包括自由界面的流动问题、冷热流体的混合、蒸发、冷凝等物理现象,通过CFD可以获得全面的信息用于安全分析。

安全壳内部冷凝与自然对流

非能动冷却系统PCS为AP1000核电站提供安全可靠的散热,在事故发生后,PCS迅速冷却压力容器,连续的自然对流保证将热量通过安全壳外部。

采用Level Set方法捕捉安全壳内壁上的液膜界面,考虑相变过程,可模拟出水蒸气在安全壳内壁上的冷凝过程以及在重力作用下剧烈的变形过程。在该问题的模拟中,液膜厚度相对安全壳尺度较小,采用Level Set方法可节省大量网格,从而减少计算量。

蒸汽发生器内流动换热研究

当热水进入蒸汽发生器之后,吸热生成汽水混合物,向上进入分离器。采用CFD方法可对蒸汽发生器内的流动、换热以及相变过程进行模拟,分析发生器内温度和流量的变化,考察蒸汽发生器的功能,进行设备安全性分析。

球床反应堆

球床反应堆是一种先进的核子反应堆设计,因其安全性高而得到重视。该问题的数值模拟分析中,几何结构复杂,网格划分工作量大,一般采用多孔介质模型简化。SimPop提供球床堆的实体建模仿真,计算堆内压降以及石墨颗粒流经反应堆的过程。

燃料棒子通道流动分析

不考虑相变过程,模拟燃料棒子通道的流量分配,基于气相-液相-固相之间的完全耦合传热方程,可计算每根燃料棒之间的共轭传热分布。

IST方法可快速生成结构化网格,可以节省大量网格;通过在能量控制方程添加源项控制流固之间的耦合换热,计算量与单独计算流体相近;多相流模型可以和LES等湍流模型耦合使用。因此,我们可以准确获得子通道内流量的分配和温度的变化。

一回路硼稀释

在一回路中的硼稀释过程中,传统的CFD工具在划分网格时因几何体尺度跨越大,会生成大量网格。SimPop的技术人员采用IST方法生成网格,可大大减少网格量,提高模拟的效率,数值模拟的结果与实验数据吻合良好。

蒸汽冷凝喷射

高温饱和蒸汽喷射进入冷水池会发生冷凝现象,该过程涉及到复杂的流动与换热,需同时考虑多相流相变问题和湍流流动问题。采用CFD工具,模拟蒸汽通过喷嘴进入冷水池的过程,可获得蒸汽在水池中的运动状况以及冷凝现象,可用于应急堆芯冷却系统的安全性分析。

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