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平行板束多通道流动换热特性研究

摘要

板状燃料组件由于其结构紧凑、换热效率高等优点被广泛应用于研究堆当中，其形

成的窄矩形冷却通道的流动换热特性也一直是国内外专家学者研究的热点。在实际反应

堆运行中板状燃料组件各冷却剂通道内的流量并不相同，由此会造成子通道内的流动换

热存在一定的差异性。在一些事故工况下，冷却剂通道可能会发生堵塞事故，由于各冷

却剂通道横向不存在质量与动量的交换，因此可能造成冷却剂局部沸腾，传热恶化，燃

料板温度升高，严重情况会使得燃料板结构的完整性受损，引发严重的事故后果。

现阶段对于窄矩形通道在常规工况下流动换热的研究多集中在单通道中，对平行板

束多通道堵塞工况则多以数值模拟研究为主，本文采用实验和数值模拟相结合的研究方

法，对子通道间隙为2mm，通道宽度为66mm，通道长度为700mm的平行板束多通

道在常规以及堵塞工况下各子通道的流动换热特性进行研究，探索中心通道与边缘通道

流动传热特性的异同。

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对于常规工况，本文主要探究了加热功率、入口过冷度以及入口对平行板束多

通道流动换热特性的影响。发现在平行板束通道中存在流量分配现象，中心通道的流量

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要大于边缘通道，加热功率以及对子通道内的流量分布影响并不大，但入口过冷度

,

会在一定程度上对子通道流量的分配产生一定的影响随着入口过冷度的增大，二通道流

量逐渐变大，三通道流量逐渐变小；由于中心通道为双面加热，边缘通道为单面加热，

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中心通道的要大于边缘通道，并随着加热功率、的增大，入口过冷度的减小，通

Nu0.3m

道内的逐渐变大；通道速度入口段长度在左右。

对于堵塞工况，我们主要研究堵塞率以及堵塞位置对平行板束多通道流动传热特性

的影响。发现随着堵塞率以及堵塞位置的发生变化，各子通道内的流量和热流分配会有

一定的改变，堵塞通道内流量和热流会有所下降，未堵塞通道内的流量和热流有所上升。

但子通道内流量与热流变化的关系并不是相对应的，并且不同堵塞率下其变化趋势也有

所不同，在一通道出口堵塞30%时四通道内流量增幅最大，但热流却是二通道增幅最多；

当堵塞率达到40%时则是三通道流量增幅最大，但仍是相邻二通道的热流增幅最多。当

堵塞率达到40%时，无论是一通道出口堵塞还是二通道出口堵塞，均是三通道流量增幅

最大，但发生二通道出口堵塞时则是相邻一通道内的热流增幅最大。在发生一通道出口

NuNu

堵塞时，堵塞工况下各子通道的均大于常规工况，但堵塞通道内会随着堵塞率

Nu

的增大而减小；发生二通道堵塞时堵塞通道内的要小于常规工况，传热恶化，而其

哈尔滨工程大学硕士学位论文

Nu

它未堵塞通道的则有所增大。相对于发生一通道出口堵塞事故，发生二通道出口堵

塞事故时的危害更大。

关键词：窄矩形通道；平行板束；流量分配；常规工况；堵塞工况

平行板束多通道流动换热特性研究

Abstract

Theplatefuelassemblyiswidelyusedinresearchreactorsduetoitscompactstructure

andhighheattransferefficiency.Theflowandheattransfercharact