基于修正AIAD模型的穩(wěn)壓器波動(dòng)管CCFL現(xiàn)象數(shù)值模擬

趙柏陽 李 冬 楊已顥 張永祺

（上海電力大學(xué) 能源與機(jī)械工程學(xué)院 上海 200090）

氣液相向流動(dòng)限制現(xiàn)象（Counter-Current Flow Limitation，CCFL）［1］對于壓水堆核電廠的安全分析十分重要，失水事故［2］后，當(dāng)向上流動(dòng)的氣相速度足夠大時(shí)，會部分或完全地阻礙液相向下流動(dòng)。該現(xiàn)象機(jī)理復(fù)雜，受汽液兩相流速、流道幾何結(jié)構(gòu)、壓力空泡份額等多種因素影響，在第三代核電技術(shù)發(fā)展以前，研究主要集中于對熱管段、壓力容器下降段等豎直管或傾斜管內(nèi)的實(shí)驗(yàn)及理論分析。Wang［3］、Kim［4］和Navarro［5］等研究了管徑、流速、傾斜角等因素對直管、傾斜管中CCFL現(xiàn)象的影響，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出公式用于預(yù)測CCFL現(xiàn)象。近年來，由于自動(dòng)泄壓系統(tǒng)的引入，事故后穩(wěn)壓器波動(dòng)管中的CCFL現(xiàn)象增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。穩(wěn)壓器波動(dòng)管結(jié)構(gòu)則更為復(fù)雜，同時(shí)包含了豎直管、傾斜管及螺旋彎管，一維系統(tǒng)程序的模型研究對復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)并不足夠。Takeuchi等［6］、Doi［7］通過實(shí)驗(yàn)對穩(wěn)壓器波動(dòng)管CCFL現(xiàn)象進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生CCFL現(xiàn)象最劇烈的位置位于豎直管段，而對彎管內(nèi)的現(xiàn)象分析仍不明確。Murase［8］使用傳統(tǒng)流動(dòng)模型對 Futatsugi［9］的實(shí)驗(yàn)臺架進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比存在一定偏差。因此有必要對穩(wěn)壓器波動(dòng)管的CCFL現(xiàn)象的相間作用模型及流動(dòng)特性進(jìn)行更深入的研究。

基于CCFL現(xiàn)象機(jī)理及汽液相間作用的影響，本文使用ANSYS CFX程序，選擇自由表面模型結(jié)合（Algebraic Interfacial Area Density，AIAD）模型對穩(wěn)壓器波動(dòng)管CCFL現(xiàn)象進(jìn)行三維數(shù)值模擬，并基于網(wǎng)格影響對AIAD模型進(jìn)行了修正，通過模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對比來驗(yàn)證模型，并進(jìn)一步探究穩(wěn)壓器波動(dòng)管的CCFL特性以及幾何結(jié)構(gòu)的影響?！?br>