Гидравлические характеристики пучков стержней тепловыделяющих сборок реакторной установки БРЕСТ-ОД-300

Приведены результаты численного моделирования течения в 37-стержневых макетах топливных элементов, дистанционированные двухзаходной трапециевидной навивкой, применительно к реакторной установке БРЕСТ-ОД-300. Получены данные о высотном распределении статического давления в объеме макетов, зависимости для определения коэффициентов гидравлического сопротивления пучков стержней. Даны рекомендации по применению замыкающих моделей турбулентности, доступных в CFD-пакете ANSYS Fluent. Проведен сравнительный анализ с имеющимися эмпирическими зависимостями по определению коэффициентов гидравлического сопротивления. Показано соответствие расчетных и экспериментальных данных. Представлены анализ экспериментальных данных и результаты численного моделирования гидродинамических характеристик пучков стержней тепловыделяющих сборок реакторной установки БРЕСТ-ОД-300.

Литература

[1] Белая книга ядерной энергетики / В.В. Орлов, М.М. Селиверстов, В.А. Тищенко, В.В. Ужанова, В.С. Смирнов, И.Х. Ганев, А.В. Лопаткин, С.В. Брюнин, A.Н. Кархов, С.В. Европин, Г.Е. Шаталов, В.Е. Сытников, П.И. Долгошеев, B.Б. Козлов, В.П. Фотин; под ред. Е.О. Адамова. М.: Изд-во ГУП НИКИЭТ, 1998. 356 с.

[2] Драгунов Ю.Г. Технические решения и этапы разработки реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 / Ю.Г. Драгунов, В.В. Лемехов, В.С. Смирнов, Н.Г. Чернецов // Атомная энергия. 2012. Т. 113. № 1. С. 58-64.

[3] Шейнина А.В. Гидравлическое сопротивление пучков стержней в осевом потоке жидкости // Жидкие металлы: сб. ст. М.: Атомиздат, 1967. С. 210-223.

[4] Анализ гидравлического сопротивления пучков твэлов быстрых реакторов / А.В. Жуков, А.П. Сорокин, П.А. Титов, П.А. Ушаков // Атомная энергия. 1986. Т. 60. № 5. С. 317-321.

[5] Bubelis E., Schikorr M. Review and proposal for best-fit of wire-wrapped fuel bundle friction factor and pressure drop predictions using various existing correlations / Forschungszentrum Karlsruhe GmbH. Karlsruhe, 2008. 61 p.

[6] Турбулентное течение и теплообмен в каналах энергетических установок / Б.В. Дзюбенко, А. Сакалаускас, Л. Ашмантас, М.Д. Сегаль. Вильнюс: Pradai, 1995. 300 с.

[7] Справочник по теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. Теплогидравлические процессы в ЯЭУ / П.Л. Кириллов, В.П. Бобков, А.В. Жуков, Ю.С. Юрьев; под общ. ред. П.Л. Кириллова. М.: ИздАт, 2010. 776 с.

[8] ANSYS FLUENT, Theory Guide, Rel. 14.5. ANSYS Inc., 2012.

[9] ANSYS Meshing User’s Guide, Rel. 14.5. ANSYS Inc., 2012.

[10] Launder B.E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence / B.E. Launder, D.B. Spalding. London, England: Academic Press, 1972.

[11] Снегирев А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. СПб.: Изд-во Политех. унта, 2009. 143 с.

[12] Renormalization Group Modeling and Turbulence Simulations / S.A. Orszag, V. Yakhot, W.S. Flannery, F. Boysan, D. Choudhury, J. Maruzewski, B. Patel // International Conference on Near-Wall Turbulent Flows / Tempe, Arizona, 1993.

[13] A New Eddy-Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows - Model Development and Validation / T.-H. Shih, W.W. Liou, A. Shabbir, Z. Yang and J. Zhu // Computers Fluids. 1995. № 24 (3). P. 227-238.

[14] Gibson M.M., Launder B.E. Ground Effects on Pressure Fluctuations in the Atmospheric Boundary Layer // J. Fluid Mech. 1978. № 86. P. 491-511.

[15] Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure / E. Launder, G.J. Reece, W. Rodi // J. Fluid Mech. 1975. No. 68 (3). P. 537-566.

[16] Spalart P, Allmaras S. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows // American Institute of Aeronautics and Astronautics. Technical Report AIAA-92-0439. 1992.

[17] Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD // DCW Industries, Inc. La Canada, California, 1998. 460 p.

[18] Menter F.R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications // AIAA Journal. 1994. No. 32 (8). P. 1598-1605.

[19] Ten Years of Experience with the SST Turbulence Model / F.R. Menter, M. Kuntz, R. Langtry // Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003. No. 4. P. 625-632.

[20] Calculation of boundary layer development using the turbulent energy equation / Bradshaw P., Ferriss D.H., Atwell N.P. // J. Fluid Mech. 1967. No. 28. P. 593-616.

[21] Launder B.E., Spalding D.B. The Numerical Computation of Turbulent Flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1974. No. 3. P. 269-289.

[22] Bishop A., Todreas N. Hydraulic characteristics of wire-wrapped rod bundles // Nuclear Engineering and Design. 1980. No. 62 (1-3). P. 271-293.

[23] Cheng S.K., Todreas N.E. Hydrodynamic models and correlations for bare and wire-wrapped hexagonal rod bundles- bundle friction factors, sub-channel friction factors and mixing parameters // Nuclear engineering and design. 1986. No. 92. P. 227-251.

[24] Sobolev V Fuel Rod and Assembly Proposal for XT-ADS Pre-design // Coordination meeting of WP1&WP2 of DM1 IP EUROTRANS / Bologna, 8-9 February, 2006.

[25] Рекомендации, правила, методики расчета гидродинамических и тепловых характеристик элементов и оборудования энергетических установок. Руководящий технический материал: в 3 т. Обнинск, 1991. Т. 1. 435 с.

[26] Engel F C. Laminar, transition and turbulent parallel flow pressure drop across wire-wrap-spaced rod bundles // Nuclear science and engineering. 1979. No. 69. P. 290-296.

[27] Rehme K. Pressure drop correlations for fuel element spacers // Nuclear technology. 1973. No. 17. P. 15-23.

[28] Novendstern E.#.Turbulent flow pressure drop model for fuel rod assemblies utilizing a helical wire-wrap spacer system // Nuclear Engineering and Design. 1972. No. 22. P. 19-27.