案例5 - 二维核反应堆堆内流场仿真

1.案例介绍

本案例使用格物CAE不可压缩流模块,以二维核反应堆堆内流场为例。

本案例为简化的核反应堆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。流体自冷腿进入,沿下降段向下流动,到达下腔室后转向向上流动,经过下半堆芯后离开流域。

2.网格/计算文件

网格文件:Cylinder.med

计算文件:setup_cylinder.xml

3.操作说明

本案例在格物CAE->不可压缩流体模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件,在 不可压缩流体仿真->网格 中,点击上传网格,依照指示将网格文件导入。

网格导入

导入网格后,可通过鼠标左键移动视角,右击平移网格体。

网格导入

3.2 湍流模型

点击 不可压缩流体仿真,进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon,速度尺度设为 0 m/s, 取消 在湍流方程中计算重力项 这个选项。

湍流模型

3.3 材料选择

点击 材料 右侧的 [+],添加流体材料,选择 空气

空气的运动粘度为 10-6 Pa·s,密度为 1 kg/m3。如图所示:

材料选择

3.4 初始条件

点击 初始条件,保持默认初始条件。

初始条件

3.5 边界条件

点击 边界条件 右侧的 [+],依此进行如下边界条件的定义:

  • 速度入口

选择速度入口,在速度栏填入速度大小,为 0.1 m/s ;点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 inlet 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 出口

选择出口,点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 outlet 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 对称面

选择对称面,点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 symm1 和 symm2 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 壁面

此处需要设置固定壁面,选择壁面,壁面类型为光滑,不开启滑移壁面,点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 wall 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

3.6 体组设置

点击 体组 右侧的 [+],依此进行如下体组属性的定义:

  • 多孔介质

选择多孔介质,在孔隙率栏填入孔隙率大小,为 0.2 ;点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 vol1 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 动量源项

动量源项,在动量源项栏填入 Sv 大小,为 -1,其余保持默认为 0 ;点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 vol2 。

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 压头损失

选择压头损失,设置压头损失系数,输入 axx 、 ayy 、 azz 均为 2000;点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 vol3 。

边界条件

3.7 时间设置

点击 时间步&资源,保持定时间步长计算,选择时间步数为 500,时间步长为 0.05 s,选择输出频率为 10,即每0.5秒输出一帧后处理结果,如图所示:

时间设置

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

设置完成后,点击 仿真结果,点击 开始计算,即可提交计算。

计算和仿真结果

计算完成后,在不可压缩流体仿真处会显示绿色图标,此时可开始进行仿真结果的查看。

计算和仿真结果

点击 仿真计算->结果云图,选择物理场为 Velocity/Magnitude ,点击播放键可观看流动过程。

计算和仿真结果

在第 200 步,即 t=10s 时,速度场云图分布如下:

计算和仿真结果

流动过程:

计算和仿真结果