案例7 - 二维核反应堆堆内流场仿真

1.案例介绍

本案例为简化的核反应堆压力容器自冷腿入口到堆芯中部的二维切片，其几何结构尺寸如下图所示。该几何结构包括一个简化的下降段和下腔室，流体从自冷腿进入，沿下降段向下流动，然后转向向上流动，经过下半堆芯后离开流域。通过格物CAE的流动传热模块，模拟核反应堆中的流动和热传递过程，以探索流体在整个冷却系统中的行为，从而研究冷却系统的性能，预测温度分布，发现潜在的热点区域，并评估系统的冷却效率。同时，仿真还可以帮助优化冷却系统的设计，确保流体在关键区域得到适当的冷却，从而确保核反应堆的稳定运行和安全性。

2.网格文件

网格文件：plane_core.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->流动传热模块中完成。

3.1 选择湍流模型

点击 流动传热仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，其他保持默认。如图所示：

3.2 网格导入

下载部分2的网格文件，在 流动传热仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.3 全局模型

在 流动传热仿真 > 全局模型 中，添加 z方向 的重力加速度，大小为 -9.81 m/s²，如图所示：

3.4 设置材料

点击 流动传热仿真 > 材料 右侧的[+]，添加流体材料，选择 水。 水的动力粘度为 8.95e-5 Pa·s，密度为 725.735 kg/m³，比热为 4180 J/kg/K，热导率为 0.59967 W/m/K，如图所示：

3.5 初始条件

点击 流动传热仿真 > 初始条件，设置湍流初值为 默认，温度为 423.15 K，如图所示：

3.6 边界条件

点击 流动传热仿真 > 边界条件 右侧的 [+]，即可选择预定义的边界条件，依次进行如下边界条件的定义：

• 速度入口

选择速度入口，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 cold_inlet，设置速度大小为 1 m/s，温度为 573.15 K。

设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选wall，设置温度边界类型为定热流，热流大小为 0 W/m² 。

设置完成情况如图所示：

• 对称面

选择对称面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 Symmetry。

设置完成情况如图所示：

• 出口

选择出口，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 outlet，设置温度边界类型为定温度，温度大小为 573.15 K 。

设置完成情况如图所示：

3.6 设置时间步和计算资源

点击 求解器 > 时间步&资源，保持 定时间步长计算，选择时间步数为 700，时间步长为 0.05 s，选择输出频率为 10，即每计算10步输出一帧后处理结果，如图所示：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在流动传热仿真处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 TempK/TempK ，点击播放键可观看流动传热过程。