基于球床密實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的熔鹽堆分流板設(shè)計(jì)

梅牡丹 林大富 陳興偉 嚴(yán) 睿 李明海 鄒 楊

基于球床密實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的熔鹽堆分流板設(shè)計(jì)

梅牡丹 林大富 陳興偉 嚴(yán) 睿 李明海 鄒 楊

（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

在熔鹽球床堆設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)堆芯內(nèi)部燃料球堆積結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需保證堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)均勻分布。研究基于模擬熔鹽球床堆堆芯水力特性的球床密實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置(Pebble bed dense experiment facility, PBDE)，通過設(shè)計(jì)不同形狀和不同孔道分布的分流板，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)(Computational fluid dynamics, CFD)方法使用FLUENT軟件對(duì)其堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬，目的是保證實(shí)驗(yàn)中堆芯的流場(chǎng)分布均勻穩(wěn)定。模擬結(jié)果表明，平板形分流板較錐形分流板能更好地使堆芯內(nèi)流場(chǎng)均勻分布；且增加分流板的孔道數(shù)目或減小孔徑能使堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)更加均勻穩(wěn)定；比較設(shè)計(jì)的6種分流板模擬結(jié)果，最終給出滿足PBDE堆芯流場(chǎng)均勻分布的分流板，為PBDE實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)，也為熔鹽球床堆的堆芯流量分配設(shè)計(jì)提供技術(shù)方案與選型參考。

熔鹽球床堆，實(shí)驗(yàn)裝置，分流板，計(jì)算流體力學(xué)

熔鹽球床堆是中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所開展實(shí)施的中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)固態(tài)釷基熔鹽堆(Thorium Molten Salt Reactor, TMSR)項(xiàng)目，其由燃料球在堆芯內(nèi)隨機(jī)堆積形成球床，流動(dòng)熔鹽作為冷卻劑，具有經(jīng)濟(jì)性、固有安全性、放射性廢物少等特點(diǎn)[1]。由于熔鹽球床堆是一種新型反應(yīng)堆，目前處于設(shè)計(jì)研發(fā)階段，缺少相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，因此，為了研究球床堆積密度分布規(guī)律、球床規(guī)律及其影響因素，建立了熔鹽堆堆芯球床密實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置(Pebble Bed Dense Experiment Facility, PBDE)，通過PBDE實(shí)驗(yàn)可了解堆芯中的燃料球流動(dòng)和分布規(guī)律，為TMSR物理設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

由于燃料球在堆芯內(nèi)部堆積結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是反應(yīng)堆穩(wěn)定運(yùn)行和安全運(yùn)行的指標(biāo)之一，因此，PBDE裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提條件是必須保證堆芯內(nèi)部的數(shù)萬個(gè)燃料球能夠在水流沖擊下穩(wěn)定堆積，即保證堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)能夠均勻分布。而分流板可以很好地控制堆芯流速，因此，設(shè)計(jì)出能夠使PBDE堆芯內(nèi)的流場(chǎng)均勻分布的分流板是至關(guān)重要的。

本文以PBDE裝置的1:1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛檠芯繉?duì)象，采用計(jì)算流體力學(xué)(Computational fluid dynamic, CFD)方法中的FLUENT軟件[2]，通過初步設(shè)計(jì)及優(yōu)化不同形狀和不同孔道的分流板放入PBDE裝置的堆芯中進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)出滿足PBDE裝置的堆芯內(nèi)流場(chǎng)均勻分布的分流板，為PBDE實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行提供基礎(chǔ)，也為后期熔鹽堆的堆芯流量分配設(shè)計(jì)提供參考。

1 幾何模型

1.1 PBDE裝置簡(jiǎn)介

PBDE是進(jìn)行球床規(guī)律研究的實(shí)驗(yàn)裝置，采用塑料球和水分別模擬燃料球和熔鹽，大小為TMSR真實(shí)模型的1/4。

PBDE裝置的外部是高度為1000 mm的方形容器，內(nèi)部為圓柱形的仿真堆芯容器，在堆芯容器的上頂端有一個(gè)網(wǎng)狀錐形的擋板，下端為分流板。堆芯部分是由錐形擋板以下、分流板以上區(qū)域組成，實(shí)驗(yàn)過程中用這一區(qū)域來模擬真實(shí)堆芯，堆芯部分總高度為700 mm（可調(diào)），堆芯容器直徑350 mm，水流從堆芯底部的入水口進(jìn)入，經(jīng)堆芯球床，穿過上面的錐形擋板進(jìn)入出水部分，從容器頂端的對(duì)稱分布的4個(gè)出水口流出，如圖1所示[3]。

圖1 PBDE實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Experimental setup of PBDE.

在數(shù)值計(jì)算模擬分析時(shí)，考慮到PBDE裝置外部的方形容器對(duì)堆芯流場(chǎng)沒有影響，因此幾何建模時(shí)，將外部的方形容器省略，只考慮PBDE內(nèi)部的堆芯部分。堆芯容器上頂端的錐形擋板的母線同水平面夾角30°，由于擋板上面孔的布置不影響堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)分布，因此，將堆芯上部分的錐形擋板進(jìn)行了簡(jiǎn)化，即將擋板上的小孔全部改為壁面，上底面為模型的一個(gè)出口，直徑為50 mm，下底面直徑為350 mm。

同時(shí)，裝置入水口在堆芯底部的正中央，為直徑50 mm、高度100 mm的入水圓柱口。在PBDE裝置的距離堆芯底面96 mm上方橫放一塊厚度為7.5mm的分流板。使用三維建模軟件Unigraphics NX (UG8.0)建立PBDE裝置放入分流板簡(jiǎn)化后的幾何模型，如圖2所示，分流板上方的圓柱形區(qū)域?yàn)槎研静糠帧?/p>

1.2 分流板設(shè)計(jì)

反應(yīng)堆堆芯下腔室的結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)堆芯的流量分配具有重要的影響。在PBDE裝置的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)水從裝置的底部入口直接流入整個(gè)堆芯后，堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)是相當(dāng)紊亂的，燃料球擾動(dòng)劇烈。因此，需要在PBDE裝置的堆芯下腔室內(nèi)（圖2）安裝一塊滿足裝置實(shí)驗(yàn)條件的分流板，即當(dāng)水從入水口沖入堆芯內(nèi)的時(shí)候，經(jīng)過這塊分流板的阻擋和截流作用，能夠使得堆芯內(nèi)部的流場(chǎng)保持相對(duì)的穩(wěn)定均勻分布而避免對(duì)球床劇烈擾動(dòng)。

圖2 PBDE裝置放入分流板簡(jiǎn)化后的幾何模型Fig.2 Geometric model for simplified PBDE with a distribution plate.

根據(jù)文獻(xiàn)[4]中平板形分流板的流場(chǎng)模擬結(jié)果可知，分流板上面的孔徑由內(nèi)向外逐漸增大，堆芯流場(chǎng)可以達(dá)到比較理想的均勻穩(wěn)定。因此，本文首先初步設(shè)計(jì)了三種平板形分流板，如圖3所示。

設(shè)計(jì)1是按照文獻(xiàn)[4]中1/10比例縮小后的孔方形分布的分流板，即分流板直徑為350 mm，最內(nèi)層孔道半徑為2 mm，按照1.147比例逐漸增大到最外層的半徑6 mm，往外層逐次增大的正方形邊上的小孔半徑相同，且豎直方向與水平方向的相鄰小孔間距都為20.5 mm，設(shè)計(jì)1的0?8孔對(duì)應(yīng)的分流板孔道半徑分別為2.00 mm、2.29 mm、2.63 mm、3.02mm、3.46mm、3.97 mm、4.55 mm、5.22 mm、6.00 mm。設(shè)計(jì)2是在設(shè)計(jì)1的基礎(chǔ)上去除中心5個(gè)小孔道的分流板。

由于分流板孔道按照孔圓環(huán)分布，也是常見設(shè)計(jì)的一種，因此，設(shè)計(jì)3是孔圓環(huán)分布的分流板，最內(nèi)層的圓環(huán)距離分流板中心距離為41.152 mm，小孔排布在以板心為中心的7個(gè)同心圓環(huán)上，最內(nèi)層圓環(huán)孔道半徑為2.05 mm，除第二層圓環(huán)孔道外，其它層圓環(huán)上的孔道半徑按照1.1比例逐漸增大到最外層圓環(huán)孔道半徑為5.19 mm，每個(gè)圓環(huán)上的孔道直徑相等，相鄰圓環(huán)上的孔間距為20.5 mm，設(shè)計(jì)3的0?6孔對(duì)應(yīng)的分流板孔道半徑分別為2.05mm、3.22 mm、3.54 mm、3.90 mm、4.29 mm、4.72 mm、5.19 mm。

圖3 三種平板形分流板 (a) 設(shè)計(jì)1，(b) 設(shè)計(jì)2，(c) 設(shè)計(jì)3Fig.3 Three kinds of the flat distribution plates. (a) Design 1, (b) Design 2, (c) Design 3

2 網(wǎng)格劃分

2.1 計(jì)算模型網(wǎng)格劃分

將圖3中的三種平板形分流板分別放入PBDE裝置中，即得到圖2的幾何模型。在完成三維幾何模型之后，采用網(wǎng)格生成工具Gambit軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

將圖2的計(jì)算模型劃分成5個(gè)計(jì)算域，即出口部分（錐形擋板區(qū)域）、分流板上面直徑為350 mm的圓柱形堆芯活性區(qū)、分流板孔道區(qū)域、分流板下面直徑為350 mm的圓柱形堆芯下腔室、入口部分（堆芯下底面直徑為50 mm的圓柱區(qū)域），采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自動(dòng)生成。分流板孔道區(qū)域的流場(chǎng)變化比較明顯，對(duì)孔道區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格加密[5]。從分流板孔道開始劃分網(wǎng)格，先對(duì)所有孔道的上（下）底面及分流板除孔道上（下）底面外的截面部分采用三角形面網(wǎng)格劃分，然后再采用六面體與四面體相結(jié)合的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分5個(gè)計(jì)算域的體網(wǎng)格，網(wǎng)格需滿足無關(guān)性。圖4給出了計(jì)算模型的1/4分流板孔道的上下底面網(wǎng)格和1/4分流板除孔道上下底面外的截面上的網(wǎng)格（三角形面網(wǎng)格）。

圖4 分流板孔道的面網(wǎng)格(a)和除孔道外的分流板截面上的網(wǎng)格(b)Fig.4 Surface grid of channels (a) and section grid except the channels (b) of the distribution plate.

2.2 網(wǎng)格敏感性分析

所謂網(wǎng)格無關(guān)性分析就是指所模擬出的流場(chǎng)結(jié)果同模型劃分網(wǎng)格的方法無關(guān)。以設(shè)計(jì)3中的孔圓形分布的分流板為例，對(duì)該分流板放入PBDE實(shí)驗(yàn)裝置的模型做網(wǎng)格敏感性分析。

根據(jù)計(jì)算模型的幾何特點(diǎn)以及網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)，堆芯下腔室放入的分流板對(duì)堆芯流場(chǎng)分布起決定作用，因此對(duì)分流板孔道區(qū)域及模型其它4個(gè)計(jì)算域網(wǎng)格加密進(jìn)行敏感性分析[6]。在相同的流速情況下，對(duì)于分流板孔道區(qū)域采用小尺寸的網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸“internal size”分別等于0.5和1，其他4個(gè)計(jì)算域采用大尺寸的網(wǎng)格劃分，即網(wǎng)格尺寸“internal size”分別等于2和5。根據(jù)兩種不同的網(wǎng)格劃分系統(tǒng)，得到網(wǎng)格尺寸分別為0.5×2、0.5×5、1×2、1×5的PBDE堆芯流場(chǎng)云圖，分析并對(duì)比4種不同網(wǎng)格尺寸下的流場(chǎng)云圖，發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)都較為相近，如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)3的分流板在不同網(wǎng)格尺寸下的PBDE速度云圖Fig.5 Core velocity contour of PBDE with the Design 3 when using different grid internal sizes.

根據(jù)分析計(jì)算得到4個(gè)網(wǎng)格的最大流速分別為2.32 kg·s?1、2.31 kg·s?1、2.30 kg·s?1、2.31 kg·s?1，可以看出采用兩種不同的網(wǎng)格劃分系統(tǒng)所得到的堆芯最大流速非常接近。因此，根據(jù)圖5分析結(jié)果可知，設(shè)計(jì)3中的孔圓形分布的分流板設(shè)計(jì)通過了網(wǎng)格敏感性分析的檢驗(yàn)，可以采用任何一個(gè)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分，但考慮到計(jì)算機(jī)的CPU時(shí)間，本文最終設(shè)置的分流板孔道區(qū)域的網(wǎng)格劃分尺寸為1，其他4個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格劃分尺寸設(shè)置為5。

3 計(jì)算模型與邊界條件

設(shè)計(jì)選型和參數(shù)研究，湍流模型選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型，為保證求解精度和收斂穩(wěn)定性，湍流方程采用二階迎風(fēng)離散格式，使用SIMPLE算法計(jì)算[7]。

FLUENT進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的相關(guān)邊界條件為：質(zhì)量流量入口3.92 kg·s?1；入口管徑50 mm；入口溫度293.15 K；進(jìn)口湍流強(qiáng)度3.59%；水力直徑50 mm；出口壓力101325 Pa；重力加速度?9.817m·s?2；出口湍流強(qiáng)度5%；出口溫度20 oC；參考?jí)毫?01325 Pa。

4 計(jì)算結(jié)果與選型優(yōu)化

PBDE裝置中流體介質(zhì)為水、密度為998.2kg·m?3、動(dòng)力粘度為0.001004 Pa·s、比熱為4183 J·kg?1·K?1、導(dǎo)熱系數(shù)為59.9 W·m?1·K?1，流場(chǎng)為不可壓縮非定常流動(dòng)，不考慮流固傳熱和內(nèi)熱源。根據(jù)入口流速計(jì)算得到雷諾數(shù)Re=99820，大于8000，因此，實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下為湍流流動(dòng)。根據(jù)湍流模型的適用范圍，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)、有合理的精度、魯棒性最好，適用于初始迭代、

4.1 三種平板形分流板計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的三種平板形分流板，并與原PBDE裝置中未放入分流板的方案比較，采用ANSYS FLUENT 15軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到三種平板形分流板放入PBDE裝置后的堆芯內(nèi)速度云圖，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同分流板放入PBDE裝置中的堆芯內(nèi)流場(chǎng)分布 (a) 設(shè)計(jì)0，(b) 設(shè)計(jì)1，(c) 設(shè)計(jì)2，(d) 設(shè)計(jì)3Fig.6 Core flow field distribution of PBDE with each different distribution plate. (a) Design 0, (b) Design 1, (c) Design 2, (d) Design 3

圖6(a)為原PBDE裝置中未放入分流板的堆芯內(nèi)速度云圖。從圖6(a)中可以看出，堆芯內(nèi)部上腔室的流場(chǎng)是相當(dāng)紊亂的，且靠近中心處流速較大，使得實(shí)驗(yàn)過程中堆芯內(nèi)部的燃料球做雜亂無章的運(yùn)動(dòng)。如圖6(b)所示，設(shè)計(jì)1與優(yōu)化前（設(shè)計(jì)0）比較，通過在PBDE裝置的下腔室處放置分流板可使堆芯內(nèi)的流場(chǎng)分布較之前均勻，這是因?yàn)榱黧w不再由進(jìn)口管直接沖擊進(jìn)入堆芯，而是經(jīng)過分流板和其孔道分流后再向上擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使堆芯內(nèi)的流速降低。

如圖6(c)所示，設(shè)計(jì)2與設(shè)計(jì)1 相比，去除設(shè)計(jì)1中心處的5個(gè)孔道后，除了在分流板孔道的上方和容器壁面的流場(chǎng)有一些紊亂之外，堆芯內(nèi)部的中間區(qū)域的流場(chǎng)已經(jīng)相當(dāng)均勻，因此，設(shè)計(jì)2的分流板可以使堆芯內(nèi)的流場(chǎng)分配均勻化，堆芯球床能夠保持結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定性，滿足PBDE4.0實(shí)驗(yàn)要求。如圖6(d)所示，設(shè)計(jì)3的分流板也能滿足PBDE的實(shí)驗(yàn)要求，但比較設(shè)計(jì)3與設(shè)計(jì)2可知，孔圓環(huán)分布的分流板模擬計(jì)算得到的流場(chǎng)對(duì)堆芯容器壁面的影響比孔方形分布的分流板小，且堆芯最大流速和平均流速也比孔方形分布的分流板小。根據(jù)分析結(jié)果可知，在初步設(shè)計(jì)的三種平板形分流板中，設(shè)計(jì)3分流板得到的堆芯流場(chǎng)最穩(wěn)定，因此，綜合考慮設(shè)計(jì)孔圓環(huán)分布的分流板放入PBDE裝置中。

4.2 選型優(yōu)化

由圖6(d)的流場(chǎng)分布可知，在分流板上開有小孔的上方形成了許多條直水柱，導(dǎo)致靠近分流板處的流場(chǎng)分布出現(xiàn)紊亂，因此，為了盡量消除分流板孔道上方的直水柱，使堆芯內(nèi)流場(chǎng)分布更加均勻，根據(jù)初步設(shè)計(jì)的三種平板形分流板的計(jì)算結(jié)果分析，在設(shè)計(jì)3分流板的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，考慮增加該分流板上孔道的數(shù)目，減小孔道直徑，圖7給出了兩種優(yōu)化后的平板形分流板和一種錐形分流板。

圖7 優(yōu)化后的平板形分流板和錐形分流板 (a) 設(shè)計(jì)4，(b) 設(shè)計(jì)5，(c) 設(shè)計(jì)6Fig.7 The optimized flat distribution plates and the conical distribution plate. (a) Design 4, (b) Design 5, (c) Design 6

設(shè)計(jì)4是在設(shè)計(jì)3的基礎(chǔ)上將分流板上的孔圓環(huán)數(shù)由7個(gè)增加到10個(gè)，并減小孔徑，即最內(nèi)層圓環(huán)孔道半徑為2 mm，其它層圓環(huán)上的孔道半徑按照1.1比例逐漸增大，相鄰圓環(huán)上的孔道間距為14mm，設(shè)計(jì)4的0?9孔對(duì)應(yīng)的分流板孔道半徑分別為2.00 mm、2.20 mm、2.42 mm、2.67mm、2.93mm、3.22 mm、3.54 mm、3.90 mm、4.29 mm、4.72 mm。設(shè)計(jì)5是將設(shè)計(jì)4最內(nèi)層孔圓環(huán)去除后的分流板；設(shè)計(jì)6是水平方向的投影與設(shè)計(jì)5重合的錐形分流板，與水平面夾角為30°。

對(duì)優(yōu)化后的分流板設(shè)計(jì)通過FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到優(yōu)化后的分流板分別放入PBDE裝置后的堆芯內(nèi)速度云圖，結(jié)果如圖8所示。計(jì)算得到設(shè)計(jì)4、5的分流板上方20 mm處水平方向的平均流速和最大流速，如表1所示，對(duì)應(yīng)的水平方向的速度云圖見圖9。從圖9可以看出，在設(shè)計(jì)5的分流板上方20 mm處的堆芯流場(chǎng)較設(shè)計(jì)4更加穩(wěn)定。

表1 設(shè)計(jì)4、5分流板的模擬計(jì)算結(jié)果Table 1 Simulation results of Design 4 and 5.

圖8 優(yōu)化后的分流板放入PBDE4.0裝置中的堆芯內(nèi)流場(chǎng)分布 (a) 設(shè)計(jì)4，(b) 設(shè)計(jì)5，(c) 設(shè)計(jì)6Fig.8 Flow field distribution of core in PBDE4.0 with the optimized distribution plate. (a) Design 4, (b) Design 5, (c) Design 6

圖9 分流板上方20 mm處水平方向的速度云圖 (a) 設(shè)計(jì)4，(b) 設(shè)計(jì)5Fig.9 Horizontal velocity contours of 20 mm above the distribution plate. (a) Design 4, (b) Design 5

圖8 (a)與圖6(d)相比較，在設(shè)計(jì)3基礎(chǔ)上進(jìn)行加密優(yōu)化后的分流板（設(shè)計(jì)4）可以使PBDE裝置的堆芯內(nèi)流場(chǎng)更加均勻穩(wěn)定，同時(shí)也使分流板上方的多條直水柱幾乎消失，因此，設(shè)計(jì)4比設(shè)計(jì)3的分流板較好。如圖8(c)所示，錐形分流板在堆芯中間有一處流場(chǎng)比較紊亂，會(huì)導(dǎo)致燃料球做雜亂無章運(yùn)動(dòng)，不能滿足實(shí)驗(yàn)要求。

比較圖8(a)、(b)及表1的計(jì)算結(jié)果可知，相比于設(shè)計(jì)4，設(shè)計(jì)5的分流板在控制堆芯流速方面效果更好，堆芯內(nèi)部幾乎都為純色區(qū)域，整體流場(chǎng)相當(dāng)均勻，僅在靠近分流板中心的上方有很小一塊區(qū)域有不規(guī)則流場(chǎng)，平均流速為0.11 m·s?1，已完全可以滿足PBDE實(shí)驗(yàn)的要求。因此，針對(duì)PBDE實(shí)驗(yàn)裝置，本文最終選擇設(shè)計(jì)5的分流板。

5 結(jié)語

本文以PBDE實(shí)驗(yàn)裝置作為研究對(duì)象，通過初步設(shè)計(jì)和逐步優(yōu)化的方法設(shè)計(jì)出不同孔道布置的分流板，對(duì)堆芯流場(chǎng)分布進(jìn)行研究。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析可知，增加分流板孔數(shù)目或減小孔徑能夠使堆芯獲得更加均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)；孔圓環(huán)分布的分流板比孔方形分布的分流板在控制堆芯流速方面更好，堆芯內(nèi)的流場(chǎng)更穩(wěn)定；通過比較錐形和平板形分流板的流場(chǎng)模擬結(jié)果可知，同樣孔道布置的分流板，平板形分流板能使堆芯流場(chǎng)分布更均勻。

因此，綜合比較6種分流板的模擬計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)5的分流板能使堆芯內(nèi)部獲得更加均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)，流場(chǎng)分布效果最佳，且使分流板上方的多條直水柱也幾乎消失。因此，選擇設(shè)計(jì)5作為PBDE實(shí)驗(yàn)裝置的分流板設(shè)計(jì)方案。該研究為PBDE實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)，也為后期熔鹽球床堆的堆芯流量分配設(shè)計(jì)提供了技術(shù)方案與選型參考，同時(shí)為分流板的研究提供了一種可行性方法，后期會(huì)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

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Flow distribution plate design of molten salt reactor based on pebble bed dense experiment facility

MEI Mudan LIN Dafu CHEN Xingwei YAN Rui LI Minghai ZOU Yang
(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)

Background: Molten salt pebble-bed reactor is one of the six generation IV reactor types, and is a new reactor, in the thermal-hydraulic design of pebble bed dense experiment facility (PBDE) of molten salt reactor, the uniform flow field distribution of the core is the prerequisites of the experiment, and the distribution plate plays a decisive role in the flow filed distribution of the core. Purpose: This study aims to design a reasonable distribution plate to get steady flow field in the core of PBDE, so that the fuel spheres can keep stable floating in the core. Methods: To realize uniform flow field distribution of the core, the distribution plates which have different shapes and channel arrangements are designed based on PBDE. The flow field of the core is simulated using the FLUENT software. Results: The simulation results showed that the conical distribution plate will produce some non-uniform flow field in the center area of the core, and the flat distribution plate can get the uniform flow field distribution better in the core compared with the conical distribution plate, in addition, the increase of channels or the decrease of apertures of the distribution plates can also make the flow field of the core more uniform. Conclusions: The design of the reasonable distribution plate is significant to get the uniform flow field of the core, this study shows the basis for the experiment of PBDE, and provides the technical support and reference for the later design of the core distribution plate to the molten salt reactor.

MEI Mudan, female, born in 1984, graduated from Anhui University of Science and Technology with a master’s degree in 2011, engineer, focusing on the core design and the thermal hydraulic of TMSR

ZOU Yang, E-mail: zouyang@sinap.ac.cn

Molten salt pebble-bed reactor, Experiment facility, Distribution plate, Computational fluid dynamics (CFD)

TL334

10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.040605

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目(No.XDA0201002)資助

梅牡丹，女，1984年出生，2011年于安徽理工大學(xué)獲碩士學(xué)位，工程師，研究方向?yàn)槿埯}堆堆芯設(shè)計(jì)與熱工水力學(xué)

鄒楊，E-mail: zouyang@sinap.ac.cn

2016-11-03，

2016-12-26

Supported by Strategic Priority Program of Chinese Academy of Sciences (No.XDA0201002)

Received date: 2016-11-03, accepted date: 2016-12-26