Выбор модели турбулентности для расчета профиля температуры у поверхности ТВС ВВЭР-1000 в бассейне выдержки АЭС

18.03.2021 2021 - №01 Теплофизика и теплогидравлика

А.В. Воронина С.В. Павлов

https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.08

Рассматривается проблема выбора модели турбулентности при моделировании методами вычислительной гидродинамики (CFD-моделирования) естественной конвекции у поверхности ТВС ВВЭР-1000, выгруженной из реактора, для расчета профиля температуры у поверхности ТВС. Выбор модели турбулентности осуществляется сравнением расчетных данных, полученных с использованием программного комплекса Ansys Fluent, с результатами экспериментальных исследований естественной конвекции у поверхности нагретой вертикальной пластины, погруженной в воду, которая в первом приближении моделирует боковую грань ТВС ВВЭР-1000. Рассматриваются наиболее часто используемые в инженерной практике двухпараметрические полуэмпирические модели турбулентности семейств k-ε и k-ω. Сравнение расчетных и экспериментальных данных проводилось по избыточной температуре поверхности пластины и профилям температуры воды в турбулентном пограничном слое для режимов конвекции с числом Рэлея от 8⋅1013 до 3,28⋅1014. Показано, что наилучшее совпадение с экспериментальными данными со средним отклонением, не превышающим ~ 8%, дает модель RNG k-ε, которую рекомендовано использовать для расчета профиля температуры у поверхности ТВС ВВЭР-1000 в бассейне выдержки АЭС.

Ссылки

1. Павлов С.В. Методология материаловедческих исследований ТВС и твэлов ВВЭР для оперативного сопровождения внедрения нового топлива на АЭС. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 3. – С. 25-34.
2. Павлов С.В. Неразрушающие ультразвуковые методы исследований облучённого топлива ядерных реакторов. – Димитровград: ОАО «ГНЦ НИИАР», 2013. – 256 с.
3. Иванов Н.А., Бромирский И.А., Суров Д.В., Первушин Л.А., Тишков А.Н., Семенцов А.В., Павлов С.В., Амосов С.В. Стенд инспекции и ремонта тепловыделяющих сборок для проекта АЭС-2006. // Тяжелое машиностроение. – 2017. – № 4. – С. 25-28.
4. Воронина А.В., Павлов С.В. Методика и программа расчета скорости звука в воде в условиях естественной конвекции у поверхности тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. // Вестник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». – 2019. – Т. 8. – № 5. – С. 465-472. DOI: https://doi.org/10.1134/S2304487X19050080.
5. Павлов С.В., Шалагинова Т.М., Михайлов С.В., Прокуданов Д.Л. Исследование влияния естественной конвекции на результаты измерения геометрических характеристик твэлов и тепловыделяющих сборок ультразвуковыми методами в условиях бассейнов выдержки. Препринт. – Димитровград: НИИАР, 1991. – 28 с.
6. Raman R.K., Dewang Y., & Raghuwanshi J. A review on applications of computational fluid dynamics // International Journal of LNCT. – 2018. – Vol. 2 – No. 6 – PP. 137-143.
7. McLean Doug. Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics. – U.K.: Wiley, 2013. – 550 p.
8. ANSYS Fluent. Электронный ресурс: http://www.fluent.com (дата доступа: 29.09.2020).
9. Vliet G.C., Liv C.K. An Experimental Study of Turbulent Natural Convection Boundary Layers. // Journal of Heat Transfer. – 1969. – Vol. 92. – PP. 517-531. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3580236.
10. Qureshi Z.H., Gebhart В. Transition and Transport in a Buoyancy Driven Flow in Water Adjacent to a Vertical Uniform Flux Surface. // Int. J. Heat Mass Transform. – 1978. – Vol. 21. – PP. 1467-1479. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(78)90003-0.
11. Lock G.S.H., Trotter F.J. de B. Observations on the Structure of a Turbulent Free Convection Boundary Layer. // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1968. – Vol. 11. – PP. 1225-1232. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(68)90193-2.
12. Lecheler S. Numerische Stromungsberechnung. Schneller Einstieg durch anschauliche Beispiele mit ANSYS 15.0. – Berlin: Springer, 2014. – 278 p.
13. Spalart P.R. Strategies for Turbulence Modeling and Simulation. // Int. J. Heat and Fluid Flow. – 2000. –Vol. 21. – No. 3. – PP. 252-263. DOI: https://doi.org/10.1016/S0142-727X(00)00007-2.
14. Белов И.А. Моделирование турбулентных течений. – СПб.: БГТУ. – 2001. – 107 с.
15. Spalart P.R., Garbaruk A., Strelets M. RANS Solutions in Couette Flow with Streamwise Vortices. // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2014. – Vol. 49. – PP. 128-134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.04.010.
16. Багаев Д.В., Сыралева М.Н. Численное моделирование свободно-конвективного течения около вертикальной поверхности нагрева. // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2018. – № 2. – С. 93-98. DOI: https://doi.org/10.24937/2542-2324-2018-2-384-93-98.
17. Yingchun Ji. CFD Modelling of Natural Convection in Air Cavities. // CFD Letters. – 2014. – Vol. 6. – PP. 15-31.
18. Зиганшин А.М. Посохин В.Н., Романов С.В. Тестирование моделей свободной и пристеночной турбулентности при численном решении задачи о конвекции у вертикальной нагретой стенки. // Известия вузов. Строительство. – 2012. – № 4. – С. 71-79.
19. Bykalyuk A., Kuznik F., Johannes K. Studying the Evolution of Both Thermal and Kinetic Boundary Layers in the Vicinity of a Vertical Conductive Gypsum Plate under Dynamic Time-Depending Conditions at the Building Scale. // Energy and Buildings. – 2015. – Vol. 86. – PP. 898-908. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.11.010.
20. Ferziger J., Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. – Berlin: Springer, 2002. – 431 p.

естественная конвекция модель турбулентность ламинарность тепловыделяющая сборка температура Ansys Fluent

Ссылка для цитирования статьи: Воронина А.В., Павлов С.В. Выбор модели турбулентности для расчета профиля температуры у поверхности ТВС ВВЭР-1000 в бассейне выдержки АЭС. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 1. – С. 83-94. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.08 .