棒束通道中燃料棒壁面溫度的子通道分析

沈丹紅，董 博，楊 婷，傅孝良，程 旭

(1.上海交通大學(xué) 核科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2.中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610213；3.國家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；4.國家能源核電軟件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209；5.上海電力大學(xué) 自動(dòng)化工程學(xué)院，上海 200090)

在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和安全分析中，堆芯中冷卻劑的流動(dòng)和傳熱情況至關(guān)重要。燃料組件中最常用的結(jié)構(gòu)是棒束結(jié)構(gòu)。冷卻劑流經(jīng)棒束間的通道帶走由棒束產(chǎn)生的熱量，從而保證燃料棒四周的溫度不超過其限值。因此，增強(qiáng)或者改進(jìn)燃料棒與冷卻劑之間的換熱能力成為反應(yīng)堆熱工水力設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。

子通道程序是目前應(yīng)用較為廣泛的安全分析和熱工水力計(jì)算程序[1]。與單通道模型不同，子通道模型考慮了相鄰?fù)ǖ篱g質(zhì)量、能量和動(dòng)量的橫向交換。這種考慮使熱通道的冷卻劑溫度比未考慮橫向交混時(shí)有所降低，相應(yīng)的燃料元件的表面溫度與中心溫度也略有降低。因此，子通道方法提高了熱工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

目前，國內(nèi)外已有大量可用于反應(yīng)堆熱工水力計(jì)算的子通道程序[2-5]。本文選用COBRA-Ⅳ程序[6]對棒束中燃料棒表面溫度進(jìn)行了模擬，并根據(jù)比對結(jié)果對換熱模型和空泡份額模型進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)工況及子通道建模介紹

本文所選實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于棒束內(nèi)流動(dòng)與傳熱行為試驗(yàn)[7]。試驗(yàn)棒束為5×5正方形排列棒束，如圖1所示。25根加熱棒外徑D=9.5 mm，棒中心距P=12.6 mm，矩形通道截面尺寸66.1×66.1 mm。……