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Single-phase Computational Fluid Dynamics Applicability for the Study of Three-dimensional Flow in 5×5 Rod Bundles with Spacer Grids 被引量:1
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作者 TIAN Ruifeng MAO Xiaohui +1 位作者 GAO Puzhen HUANG Yanping 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第4期738-744,共7页
Spacer grids play an important role in pressurized water reactor(PWR) fuel assembly in that they have significant influence on the thermal-hydraulic characteristics of the reactor core.But so far,the numerical studi... Spacer grids play an important role in pressurized water reactor(PWR) fuel assembly in that they have significant influence on the thermal-hydraulic characteristics of the reactor core.But so far,the numerical studies are performed without regarding dimple and spring of spacer grids,just considering mixing vane.Moreover,these studies use k-ε turbulence model without considering the suitability of the other turbulence models upon the different spacer grids flow.A study is carried out to understand the 3-D single-phase flow in AFA-2G 5×5 rod bundles with spacer grids based on numerical method.In order to investigate the suitability of different turbulence models,k-ε model and k-ω model,the influence of different parts of spacer grid on the fluid flow is also predicted.By using second-order upwind scheme,hybrid grids technique,and improved SIMPLEC algorithm,the Reynolds averaged mass conservation and momentum conservation equations are solved,and the pressure and velocity field of flow are obtained.The numerical simulation results are compared with experiment results and the agreement is satisfactory.The simulation results show the influences of the spring,dimple and mixing vane,and the different characteristics of the k-ε model and k-ω model.Comparing with the experiment results,the simulation results suggest that the k-ω model is suitable for the simulation of the rod bundle flow with spacer grids;the spring and dimple are the main causes of the pressure loss in the spacer grid channel.The friction coefficient of the channel with spring and dimple is 1.5 times the coefficient of the channel with the vane.These results are beneficial to enhance the simulation ability of spacer grids flow and optimization design ability of spaces grid. 展开更多
关键词 rod bundles spacer grids turbulence model SIMPLEC algorithm
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Two-group bubble size distribution evolution in vertical two-phase flow:Mechanistic model development and evaluation in a tight-lattice rod bundle
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作者 Yao Xiao Hengwei Zhang +1 位作者 Xu Yan Hanyang Gu 《National Science Open》 2025年第3期73-92,共20页
Two-phase flow with complex phase interfaces is commonly observed in both nature and industrial processes.The bubble size distribution(BSD) is a crucial parameter in gas-liquid two-phase flow,impacting various flow ch... Two-phase flow with complex phase interfaces is commonly observed in both nature and industrial processes.The bubble size distribution(BSD) is a crucial parameter in gas-liquid two-phase flow,impacting various flow characteristics including interfacial forces,void fraction distribution,and interfacial area transport.Throughout the flow progression,the BSD changes along the channel due to variations in pressure and interactions among bubbles.Accurately predicting the evolution of BSD can enhance the modeling of two-phase flow.This study presents a novel BSD evolution(BSDE) model,where the governing equation for the probability density function is formulated by considering the conservation of bubbles within a onedimensional control volume in the channel.The downstream BSD is predicted based on the upstream BSD and the effects of pressure variations and bubble interactions along the channel.To account for the multiscale nature of the two-phase flow,the bubbles are categorized into small groups(G_(1)) and large groups(G_(2)).Six distinct source term distributions for intra/inter bubble interactions have been developed.Each source term accounts for the distributions of consumed and generated bubbles,ensuring the conservation of bubble volume through constraints on model coefficients.The model has been tested on a tight-lattice rod bundle using experimental data,with deviations of less than 5% and 15% for G_(1)and G_(2) flow,respectively.Since the model development is independent of specific geometry,the framework of the BSDE model can also be effectively applied to channels of varying shapes. 展开更多
关键词 bubble size distribution evolution bubble interactions two-phase flow interfacial area concentration tight lattice rod bundle
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Thermal-hydraulic performance analysis of a subchannel with square and triangle fuel rod arrangements using the entropy generation approach 被引量:1
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作者 S.Talebi M.M.Valoujerdi 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2017年第10期95-101,共7页
The present paper discusses entropy generation in fully developed turbulent flows through a subchannel,arranged in square and triangle arrays. Entropy generation is due to contribution of both heat transfer and pressu... The present paper discusses entropy generation in fully developed turbulent flows through a subchannel,arranged in square and triangle arrays. Entropy generation is due to contribution of both heat transfer and pressure drop. Our main objective is to study the effect of key parameters such as spacer grid, fuel rod power distribution,Reynolds number Re, dimensionless heat power ω, lengthto-fuel-diameter ratio λ, and pitch-to-diameter ratio ξ on subchannel entropy generation. The analysis explicitly shows the contribution of heat transfer and pressure drop to the total entropy generation. An analytical formulation is introduced to total entropy generation for situations with uniform and sinusoidal rod power distribution. It is concluded that power distribution affects entropy generation.A smoother power profile leads to less entropy generation.The entropy generation of square rod array bundles is more efficient than that of triangular rod arrays, and spacer grids generate more entropy. 展开更多
关键词 熵产生 子信道 燃料棒 三角形 正方形 性能分析 热工水力 生成方法
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Aggregation Behavior of Cyclic Rod-Coil Diblock Copolymers in Selective Solvents
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作者 Wen-ping Zhang Xiang-hong Wang 何林李 《Chinese Journal of Polymer Science》 SCIE CAS CSCD 2016年第4期420-430,共11页
The aggregation behavior of cyclic rod-coil (RC) diblock copolymers in dilute solutions is investigated through dissipative particle dynamics simulation. By varying the rod length and coil length, cyclic RC copolyme... The aggregation behavior of cyclic rod-coil (RC) diblock copolymers in dilute solutions is investigated through dissipative particle dynamics simulation. By varying the rod length and coil length, cyclic RC copolymers in selective solvents exhibit various morphologies, including spherical miceUe, vesicle, bilayer disc, and ribbon bundle structure. Compared with the equivalent linear RC copolymer, only spherical micelle and barrel bundle phase are observed. Rod length is the major factor that controls the liquid-crystalline behavior of RC copolymer systems, while the coil length has a secondary effect on the aggregate morphology. The size of rod bundle varies with the coil length, especially for the end-to- end ribbon bundle and side-by-side barrel bundle, which are assembled by cyclic and linear RC copolymer solutions. This finding indicates that the ribbon bundle or nanofiber-like structure in cyclic RC copolymers can be obtained by controlling the rod length and coil length, and thus the optical and electrical properties of RC copolymer would be further controlled and optimized. Results illustrate that cyclization of a linear RC copolymer induces remarkable differences in the rod arrangement and aggregation behavior, thereby indicating the competition between interfacial energy, rod orientational entropy, coil stretching entropy, and packing constraints. 展开更多
关键词 Cyclic rod-coil Ribbon bundle Cyclization.
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不同单旦丝束混合滤棒的加工工艺及应用研究 被引量:1
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作者 解晓翠 刘畅 +3 位作者 樊肇胜 刘士军 王海燕 林慧 《中国烟草学报》 北大核心 2025年第4期51-59,共9页
【目的】考察丝束混合对滤棒物理指标和卷烟常规烟气指标的影响。【方法】搭建混合丝束滤棒的加工平台,制作不同压降、不同规格丝束的滤棒并卷制卷烟样品,对滤棒的物理指标和卷烟常规烟气指标进行分析。【结果】(1)混合丝束滤棒的物理... 【目的】考察丝束混合对滤棒物理指标和卷烟常规烟气指标的影响。【方法】搭建混合丝束滤棒的加工平台,制作不同压降、不同规格丝束的滤棒并卷制卷烟样品,对滤棒的物理指标和卷烟常规烟气指标进行分析。【结果】(1)混合丝束滤棒的物理指标稳定性与传统一元醋纤滤棒差异不大。(2)与高单旦丝束混合可以提高低单旦丝束滤棒的硬度,建立滤棒硬度和质量的回归方程,对各规格丝束滤棒的硬度按照混合比例进行加权平均,可以预测混合丝束滤棒的硬度。(3)丝束混合可以提高丝束的填充量和增加滤棒的压降,混合丝束的加工能力曲线往低单旦丝束的右上、高单旦丝束的左上移动。(4)压降接近时,混合丝束滤棒卷烟的烟气释放量整体介于两个单包丝束滤棒之间,与低单旦丝束混合可以降低高单旦丝束滤棒卷烟的烟气释放量。【结论】丝束混合可以调节滤棒的硬度和卷烟烟气的释放量。 展开更多
关键词 丝束 混合 滤棒 过滤效率 烟气
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棒束通道中边棒和角棒环状流扰动波特性研究
6
作者 金光远 白镜湖 +3 位作者 王睿 李伟链 杜利鹏 张文超 《核动力工程》 北大核心 2025年第1期143-151,共9页
研究棒束通道中边棒和角棒环状流扰动波特性,可为核电厂稳态运行和应急处置提供理论支撑。本研究建立棒束通道中环状流可视化实验系统,对边棒和角棒表面扰动波特性进行分析。结果表明,扰动波形态可以分成小尺度波、包状扰动波、带状扰... 研究棒束通道中边棒和角棒环状流扰动波特性,可为核电厂稳态运行和应急处置提供理论支撑。本研究建立棒束通道中环状流可视化实验系统,对边棒和角棒表面扰动波特性进行分析。结果表明,扰动波形态可以分成小尺度波、包状扰动波、带状扰动波和带状破碎波4种;液相折算速度保持不变时,平均液膜厚度随气相折算速度增加而变小,当液相折算速度逐渐变大时,平均液膜厚度数值也逐渐变大;扰动波波高随气相折算速度增加而变小,边棒表面扰动波高度低于角棒的值。当液相折算速度低于0.41 m/s时,扰动波波速随着气、液相折算速度增加而变大;当液相折算速度高于0.41 m/s时,扰动波波速高于气相折算速度。扰动波波频随气相折算速度增加而变大,随液相折算速度变化规律不明显,这取决于波动形态的变化。边棒和角棒表面液膜厚度数据的熵均值随着扰动波形态从小尺度波、包状扰动波、带状扰动波到带状破碎波逐步增加,因此可以使用多尺度排列熵分析方法判定棒束通道中扰动波形态。 展开更多
关键词 棒束通道 环状流 扰动波 多尺度排列熵
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加热棒束通道丝网传感器两相流探测方法及影响因素研究
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作者 周洋 周文雄 +1 位作者 谭煦滨 潘良明 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第7期75-84,共10页
加热棒束通道内的气液两相特性分析对反应堆安全运行至关重要。通常采用实验的方法对棒束通道内的两相流特性展开研究。常温下棒束通道的实验中丝网传感器是一种常用的测量手段,但其在带电棒束通道中的应用较少。基于有限元仿真软件中... 加热棒束通道内的气液两相特性分析对反应堆安全运行至关重要。通常采用实验的方法对棒束通道内的两相流特性展开研究。常温下棒束通道的实验中丝网传感器是一种常用的测量手段,但其在带电棒束通道中的应用较少。基于有限元仿真软件中的静电场方法分析了带电棒束通道内电场的存在对丝网传感器的测量影响,并通过实验对仿真结果进行验证。结果表明,在带电棒束通道中,施加给发射电极的激励电压越大,测量区域对气液两相的敏感性越强,越有利于丝网传感器对气液两相的识别。通过20V激励电压下的成像实验验证了该条件下丝网传感器测量的可行性。 展开更多
关键词 棒束通道 两相流 丝网传感器 有限元法
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低流速下绕丝棒束轴向和横向压力分布的实验研究
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作者 周志伟 李虹锐 +2 位作者 薛秀丽 曾泽华 罗锐 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第10期2311-2318,共8页
为了探究绕丝棒束组件层流和过渡流时摩擦阻力压降和横向压力分布特性,使用改进液柱测压方法,测量了37棒有机玻璃绕丝棒束组件雷诺数Re_(b)为55~1290时轴向摩擦阻力和两个横截面的压力分布。实验结果显示,组件从局部流域流动出现层流向... 为了探究绕丝棒束组件层流和过渡流时摩擦阻力压降和横向压力分布特性,使用改进液柱测压方法,测量了37棒有机玻璃绕丝棒束组件雷诺数Re_(b)为55~1290时轴向摩擦阻力和两个横截面的压力分布。实验结果显示,组件从局部流域流动出现层流向过渡流转捩开始,Re_(b)需经过250~750的增加,才会观察到摩阻系数开始大幅偏离层流摩阻系数关系式;横截面的边子通道压力以绕丝前缘120°的径向线为中心呈现近似对称分布。研究结果表明,绕丝棒束组件层流向过渡流的转捩是在一个大的Re_(b)范围内完成的,通过视觉检查摩阻压降、摩阻系数来确定临界雷诺数Re_(b)L的方法误差较大;各边子通道之间的压力差与子通道间横向流速的动压呈正比。 展开更多
关键词 绕丝棒束 摩擦阻力 横向压力分布 层流 过渡流
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压水堆燃料棒束域搅混翼流场作用特性研究 被引量:1
9
作者 陈晓晴 陈广亮 +5 位作者 钱浩 孙林 李倩 胡艺 易腾 张大林 《核技术》 北大核心 2025年第3期172-182,共11页
搅混翼对降低堆芯热点因子有着重要作用,目前关于搅混翼精细结构对流场影响的研究较少。为了更加深入了解搅混翼结构特征对堆芯热工水力性能影响,开展搅混翼结构与流场的相关性研究。首先通过几何自动化构型与计算技术,实现撕裂式搅混... 搅混翼对降低堆芯热点因子有着重要作用,目前关于搅混翼精细结构对流场影响的研究较少。为了更加深入了解搅混翼结构特征对堆芯热工水力性能影响,开展搅混翼结构与流场的相关性研究。首先通过几何自动化构型与计算技术,实现撕裂式搅混翼结构的参数化、自动化构建及计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算。其次,通过对搅混翼结构参数的正交设计及模拟结果分析,明确了搅混翼结构对流场压降及横流速度等热工参数影响。在撕裂式搅混翼几何结构下,不同搅混翼出口压力最大相差1.1 kPa,为整个计算流体域平均压降的41%,不同结构的搅混翼下的横流速度最大相差1.1 m·s^(−1),最大横流速度为平均横流速度的173%;搅混翼角度与流场相关性强,对交混效果影响最大,其次是搅混翼形状和长度,采用较优的搅混翼设计,热边界条件的设置对流场结果的影响较小。本研究为后续搅混翼结构研究及工程应用提供设计依据。 展开更多
关键词 搅混翼 计算流体力学 棒束通道 正交试验设计
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压水堆棒束多通道流场稀疏数据深度学习求解技术研究 被引量:1
10
作者 钱浩 陈广亮 +4 位作者 刘东 于洋 姜宏伟 殷新立 杨玉诚 《核动力工程》 北大核心 2025年第2期81-89,共9页
反应堆堆芯典型工况雷诺数高达10^(5),冷却剂流动具有显著的非线性,实际流动边界及状态与理想流动方程存在一定的匹配性偏差,会导致求解过程中数据与控制方程的约束相冲突,彼此制约,导致求解收敛困难。为解决该问题,本文研发了一种基于... 反应堆堆芯典型工况雷诺数高达10^(5),冷却剂流动具有显著的非线性,实际流动边界及状态与理想流动方程存在一定的匹配性偏差,会导致求解过程中数据与控制方程的约束相冲突,彼此制约,导致求解收敛困难。为解决该问题,本文研发了一种基于深度学习的稀疏数据求解方法,通过设计不匹配性自适应调节方案,在控制方程中引入自适应调节因子,动态修正理想模型,克服因数据与方程不一致所引发的收敛障碍及精度不足等问题。在此技术基础上,进一步探讨了在小样本数据条件下的流场求解策略,设计了均匀配点、基于速度梯度配点、混合配点策略,旨在通过优化样本点的空间分布,提升流场求解的整体精度。研究结果表明,在3种策略中,均匀配点策略能够更全面地覆盖流场的整体特性,表现出最佳的优化效果,达到决定系数(R^(2))大于0.95、均方误差(MSE)在10^(-4)至10^(-3)量级的精度;且在仅采用60个小样本数据配点下(占原始数据点的7.8%)。本文所提出的方法也能有效实现高精度流场求解,为稀疏数据条件下求解压水堆堆芯棒束多通道流场提供了一种高效且适用的技术方案。 展开更多
关键词 物理信息神经网络(PINNs) 调节因子 稀疏数据 压水堆 棒束多通道 深度学习
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棒束通道内低雷诺数过热蒸汽对流换热特性数值模拟研究
11
作者 方鑫奎 曾未 +4 位作者 王杰 吴丹 卢涛 邓坚 罗彦 《核动力工程》 北大核心 2025年第4期49-59,共11页
由于现有经验关联式及相关研究成果缺乏可靠的棒束通道内低雷诺数过热蒸汽流动与传热预测关联式,通过以棒束通道内低雷诺数(Rein=1937.90~9471.24)过热蒸汽为研究对象,采用数值模拟方法,基于大涡模拟(LES)湍流模型,探究入口蒸汽速度、... 由于现有经验关联式及相关研究成果缺乏可靠的棒束通道内低雷诺数过热蒸汽流动与传热预测关联式,通过以棒束通道内低雷诺数(Rein=1937.90~9471.24)过热蒸汽为研究对象,采用数值模拟方法,基于大涡模拟(LES)湍流模型,探究入口蒸汽速度、过热度、初始壁面温度、出口蒸汽压力以及栅径比对棒束通道内低雷诺数过热蒸汽对流换热特性的影响,进而对现有的经验关联式进行修正。数值模拟结果表明:入口蒸汽速度、过热度、初始壁面温度、出口蒸汽压力以及栅径比的增大均会使对流换热系数增大;随着入口蒸汽速度、出口蒸汽压力以及栅径比的增大,努塞尔数增大;随着入口蒸汽过热度以及初始壁面温度的升高,努塞尔数减小。修正后的Dittus-Boelter经验关联式误差在10%以内,为指导工程实际应用以及保证压水堆堆芯安全提供了依据。 展开更多
关键词 棒束通道 低雷诺数 过热蒸汽 数值模拟 对流换热模型
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5×5棒束通道定位格架下游流场相分布特性研究
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作者 曹铭泽 闫晓 +3 位作者 张君毅 龚随军 幸奠川 徐建军 《核动力工程》 北大核心 2025年第S1期33-40,共8页
为获取压水堆燃料组件棒束通道内定位格架下游流场相分布特性,设计并制作了适用于5×5棒束通道原型尺寸的新型丝网探测器,使得测点间距达到1.05 mm。开展了带有定位格架的5×5棒束通道内空气-水两相流的空泡份额测量实验,分析... 为获取压水堆燃料组件棒束通道内定位格架下游流场相分布特性,设计并制作了适用于5×5棒束通道原型尺寸的新型丝网探测器,使得测点间距达到1.05 mm。开展了带有定位格架的5×5棒束通道内空气-水两相流的空泡份额测量实验,分析了通道内空泡份额的分布特性,并对定位格架搅混翼所引发气相聚集的相分布特性进行了识别。实验结果表明,由于升力的翻转作用,在低空泡份额环境下气泡聚集在棒近壁区域,而在高空泡份额环境气泡聚集在子通道中心;定位格架搅混翼会导致通道内的气相峰值位置发生一定的迁移,且在棒束通道边壁处也观察到与格架边界搅混翼布置方向相关的气相聚集。所研制的丝网探测器可以用于更多类型的定位格架下游流场空泡份额测量,为定位格架结构优化设计提供参考。 展开更多
关键词 5×5棒束通道 丝网探测器 定位格架 空泡份额
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基于周期性计算的棒束通道内流动特性模拟优化方法研究
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作者 邱初发 张廷 +1 位作者 谢添舟 徐建军 《核动力工程》 北大核心 2025年第S2期129-135,共7页
为有效提升棒束通道内流动特性模拟的计算效率,本研究以5×5棒束恒温流动基准题MANIVEL为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)中的雷诺时均(RANS)湍流模型提出了一种周期性计算优化方法,可同时模拟棒束组件出口段的速度分布和压降结... 为有效提升棒束通道内流动特性模拟的计算效率,本研究以5×5棒束恒温流动基准题MANIVEL为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)中的雷诺时均(RANS)湍流模型提出了一种周期性计算优化方法,可同时模拟棒束组件出口段的速度分布和压降结果。采用2种不同计算域(入口域和单元域)进行周期性计算,生成充分发展的湍流分布后将其定义为跨度单元的入口边界条件开展常规流体力学计算。将不同轴向位置的速度分布和整个计算域的压降与实验数据对比,研究结果表明,2种不同入口边界条件设置下速度分布和压降结果都有细微差别,但并不显著。因此,虽然格架的影响还存在于下游流动中,但在误差允许范围内可以使用入口域进行周期性计算,该方法可同时模拟棒束组件出口段的速度分布和压降结果。 展开更多
关键词 计算流体动力学(CFD) 棒束 周期性计算 优化方法
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余弦加热花瓣形燃料棒束过冷沸腾特性数值研究
14
作者 蔡伟华 黄泽全 +3 位作者 孟祥飞 张文超 孙建闯 杜利鹏 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第5期1520-1527,共8页
花瓣形燃料棒是一种新型燃料元件,为了明确余弦加热条件下花瓣形燃料组件内过冷沸腾流动与传热特性。本文基于欧拉两流体模型与壁面沸腾模型,建立了3×3花瓣形燃料棒束通道在余弦加热条件下过冷沸腾数值分析模型,对不同位置子通道... 花瓣形燃料棒是一种新型燃料元件,为了明确余弦加热条件下花瓣形燃料组件内过冷沸腾流动与传热特性。本文基于欧拉两流体模型与壁面沸腾模型,建立了3×3花瓣形燃料棒束通道在余弦加热条件下过冷沸腾数值分析模型,对不同位置子通道内空泡份额分布及换热特性进行分析。研究发现,在轴向和周向方向上,不同子通道内空泡份额值存在明显差异,该分布特性由汽泡直径和壁面成核密度共同决定。换热特性分析结果表明,受到余弦加热的影响,不同子通道内换热系数均呈先上升后下降的趋势,在过冷沸腾区,随着空泡份额的增加,沸腾热流随之增加。相关研究成果可为花瓣形燃料元件在反应堆内的应用提供理论基础。 展开更多
关键词 花瓣形燃料元件 棒束通道 余弦加热 过冷沸腾 数值分析
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基于相似性特征的棒束组件域热工水力参数预测
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作者 钱浩 陈广亮 +5 位作者 孙大彬 李锦超 殷新立 张历轩 张宇航 李瑞 《核动力工程》 北大核心 2025年第S1期26-32,共7页
为准确预测高雷诺数、复杂结构下堆芯流域的热工水力参数,并提高神经网络的预测精度,以快速获悉堆芯热工水力状态,本研究提出了一种新的辅助预测方法。通过对不同工况下棒束通道精细化计算结果进行分析,确定了棒束组件热工水力宏观参数... 为准确预测高雷诺数、复杂结构下堆芯流域的热工水力参数,并提高神经网络的预测精度,以快速获悉堆芯热工水力状态,本研究提出了一种新的辅助预测方法。通过对不同工况下棒束通道精细化计算结果进行分析,确定了棒束组件热工水力宏观参数与精细参数分布之间的相似性规律,并以此规律构建神经网络的输入信息,以精确预测温度、压力及速度参数。研究结果表明,本文所构建的代理模型在宏观参数测试数据上的最大均方误差为7.86×10^(-4),最小均方误差为1.39×10^(-4);在精细参数测试数据上的最大均方误差为9.39×10^(-3),最小均方误差为5.20×10^(-4),表明该模型能够准确预测堆芯的热工水力状态。此外,该代理模型在0.504 s内获取堆芯精细化热工水力参数场,数据获取效率较传统方法提升了1149倍,可为构建反应堆堆芯数字孪生体提供有效技术支持。 展开更多
关键词 棒束通道 热工水力 机器学习 相似性
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基于循环神经网络的棒束通道流动参数实时计算方法研究
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作者 李翔宇 解衡 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第7期1386-1396,共11页
针对深度学习求解物理场方程时存在的算法不可解释性,训练模型时所需数据量大、训练时间长,且不能随意修改模型边界条件等问题,本文设计了一个可用于实时计算棒束通道内流速分布的循环神经网络(recurrent neural network,RNN)。该算法以... 针对深度学习求解物理场方程时存在的算法不可解释性,训练模型时所需数据量大、训练时间长,且不能随意修改模型边界条件等问题,本文设计了一个可用于实时计算棒束通道内流速分布的循环神经网络(recurrent neural network,RNN)。该算法以RNN作为基本结构,利用多松弛时间-格子玻尔兹曼方法(multiple relaxation time-lattice Boltzmann method,MRT-LBM)构造RNN的计算单元,利用浸入法和特征线法确定神经元的结构和数量,并利用顶盖驱动流模型、5×5棒束通道仿真计算和PIV测量结果验证算法的有效性。计算结果表明,RNN在计算上述两个模型的无量纲化流速分布时,与MRT-LBM和商业CFD软件相比,残差约为0.1,残差较模型入口处的流速小1个数量级。RNN在计算棒束通道截面的无量纲化流速时,消耗的计算时间约为0.005~0.03 s,仅为MRT-LBM的1/6~1/3,且计算结果基本与PIV的测量结果相符合。同时RNN所有的计算过程都有物理方程对应,因此RNN可以在保证计算精度的前提下极大提升计算速度,且具有可解释性。RNN可为反应堆数字孪生系统提供实时模拟流动参数的计算方法,进一步提升数字孪生系统对现实环境的模拟能力。 展开更多
关键词 反应堆数字孪生系统 棒束通道 深度学习 循环神经网络 多松弛时间-格子玻尔兹曼方法
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燃料包壳破损条件下棒束间距对外逸气泡影响的可视化实验研究
17
作者 黎圣康 蔡杰进 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1302-1312,共11页
压水堆燃料包壳破损时释放出裂变气体,其产生的外逸气泡会影响子通道内的流动和传热特性,从而影响核反应堆的安全运行。为探究燃料棒的排布间距对外逸气泡行为的影响规律,本研究采用折射率匹配技术和高速摄像机,对外逸气泡在不同棒束间... 压水堆燃料包壳破损时释放出裂变气体,其产生的外逸气泡会影响子通道内的流动和传热特性,从而影响核反应堆的安全运行。为探究燃料棒的排布间距对外逸气泡行为的影响规律,本研究采用折射率匹配技术和高速摄像机,对外逸气泡在不同棒束间距的上升过程进行了3×3棒束排列的可视化实验研究。研究发现:棒束间距d=14.6 mm时,右侧外逸气泡的角波数最大,水平振幅最小;随着棒束间距d的增大,右侧外逸气泡平均水平偏移量增大,角波数减小;d=14.6~16.6 mm范围内外逸气泡的速度有较大的增幅,约为4.90%~7.48%;前侧外逸气泡较右侧外逸气泡更扁平,气泡倾斜角的变化与水平偏移量的变化呈正相关。现有的阻力系数预测模型并不适用于本实验的外逸气泡,因此提出了符合本实验所有工况的棒束间距与气泡等效直径之比、惯性力和表面张力的阻力预测公式,其预测值和实验值的相对误差都小于20%。 展开更多
关键词 燃料包壳破损 气泡动力学 折射率匹配 棒束通道
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基于POD-ML方法的棒束子通道瞬变工况参数预测研究
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作者 许宇杰 莫锦泓 +3 位作者 董晓朦 刘永 徐安琪 于洋 《核动力工程》 北大核心 2025年第2期177-185,共9页
降阶模型(ROM)通过将全阶守恒方程映射至低阶子空间或构建数据驱动的代理模型,有效降低了物理模型的复杂性。相比传统的计算流体动力学(CFD)仿真,ROM在大规模仿真计算中计算效率更高。本文利用本征正交分解(POD)结合机器学习(ML),提出... 降阶模型(ROM)通过将全阶守恒方程映射至低阶子空间或构建数据驱动的代理模型,有效降低了物理模型的复杂性。相比传统的计算流体动力学(CFD)仿真,ROM在大规模仿真计算中计算效率更高。本文利用本征正交分解(POD)结合机器学习(ML),提出了一种适用于瞬态工况的ROM框架,并以此实现棒束子通道内质量流量参数瞬态预测。针对POD和ML不同方式结合的预测方法进行对比,结果显示长短期记忆神经网络(LSTM)+POD方法更适合短期预测,而在长期预测时POD+LSTM方法误差更小,可为未来进行其他复杂系统的预测提供方案。 展开更多
关键词 降阶模型(ROM)技术 棒束子通道 机器学习
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基于Mask R-CNN的10×10棒束子通道内气泡分布特性实验研究
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作者 孙纽佳 张恒 +5 位作者 杭芹 汪文聪 刘才学 张培来 李佳怡 汪相帆 《核动力工程》 北大核心 2025年第5期243-248,共6页
棒束结构广泛应用于反应堆堆芯及蒸汽发生器等关键设备中,其子通道内气泡的几何和物理参数在传质和传热过程的数值预测中起着至关重要的作用。本文对10×10棒束子通道内空气-水两相流行为开展实验研究,利用高速计算成像结合Mask R-... 棒束结构广泛应用于反应堆堆芯及蒸汽发生器等关键设备中,其子通道内气泡的几何和物理参数在传质和传热过程的数值预测中起着至关重要的作用。本文对10×10棒束子通道内空气-水两相流行为开展实验研究,利用高速计算成像结合Mask R-卷积神经网络(CNN)研究了不同高度下气体流量和喷嘴直径对气泡尺寸和形态及空泡份额等特征参数的影响。研究结果表明,在窄间隙约束下,约45%的气泡保持稳定的扁椭球形态,当喷嘴直径达到0.3 mm时,约30%的气泡发生显著变形。受限于间隙空间,气泡直径在1.8~2.2 mm附近达到最大值,但随着进气量和喷嘴直径的增大,气泡生成频率增加,空泡份额随之上升。气泡上升过程中直径略有增大,但数量沿轴向衰减,最终导致空泡份额减少。 展开更多
关键词 两相流 棒束通道 气泡参数分布 深度学习 空泡份额
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铅铋冷却带绕丝棒束内腐蚀产物沉积特性数值模拟研究
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作者 黄睿 孙毓博 +2 位作者 傅俊森 肖瑶 顾汉洋 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第3期597-606,共10页
液态铅铋合金在流动过程中会腐蚀管道产生腐蚀产物与氧化物颗粒,在燃料棒表面沉积、聚集后会使传热恶化并可能造成安全隐患。因此,本文以19棒束铅铋燃料组件为参考对象,基于ANSYS Fluent中的离散相模型对铅铋冷却带绕丝棒束内的颗粒物... 液态铅铋合金在流动过程中会腐蚀管道产生腐蚀产物与氧化物颗粒,在燃料棒表面沉积、聚集后会使传热恶化并可能造成安全隐患。因此,本文以19棒束铅铋燃料组件为参考对象,基于ANSYS Fluent中的离散相模型对铅铋冷却带绕丝棒束内的颗粒物运动沉积过程进行了数值模拟,获得了颗粒物在带绕丝棒束通道内的沉积特性,分析了入口流速、入口温度与颗粒物粒径对颗粒物沉积的影响。结果表明:颗粒物在轴向上的主要沉积位置为通道入口处,在燃料棒周向上的主要沉积位置为绕丝迎风面与燃料棒表面的狭缝处,在流道壁面的主要沉积位置为绕丝位于角子通道内时对应的棱附近;颗粒物粒径、流体流速以及流体入口温度的升高会使得燃料棒包壳表面和流道壁面的沉积率增大,但对沉积的轴向分布无明显影响。本文结果可为铅基堆的反应堆安全设计提供参考。 展开更多
关键词 铅基堆 液态铅铋合金 颗粒物沉积 带绕丝棒束
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