Определение гидравлических характеристик твэльного пучка ТВС-2М с помощью STAR-CD и CFX Подольск, 30 мая 2007 г. М.А. Быков, А.М. Москалев, А.В. Шишов, О.В. Белова, Д.А. Посысаев, В.Е. Петров, О.В. Кудрявцев (ФГУП ОКБ «Гидропресс»)

Исходные данные ТВС-2М Дистанционирующая решетка Геометрическая модель в ICEM CFD Блочная модель в ICEM CFD Твердотельная модель ячейки ДР

Фрагменты сетки до исправления Сетка части расчетной области Фрагменты сетки после исправления Разработка сетки расчетной области

Сетка расчетной области в зоне ячейки ДР Сетка расчетной области с удаленным твердым телом Сетка расчетной области

Расчет коэффициента гидравлического сопротивления дистанционирующей решетки Модель расчетной области Размер сетки составляет около контрольных объемов CFX (Re = ) Модель турбулентности k-εk-ωk-ω-sst λ 0,0120,0150,014 Модель турбулентности k-εk-ωk-ω-sst Среднее значение КГС ДР Отклонение, % Коэффициент гидравлического трения Примечание: экспериментальное значение КГС ДР равно 0.58

Модель расчетной области Размер сетки составляет около контрольных объемов Модель турбулентности k-ε, UD k-ε, Mars k-ω, UD k-ω, Mars k-ω-sst, UD k-ω-sst, Mars Расчетное значение ξ пучка Отклонение, % Модель турбулентностиk-εk-ωk-ω-sst Расчетное значение ξ пучка 13,1413,5412,92 Отклонение, % -15,77-13,21-17,18 CFX (Re = ) STAR-CD (Re = ) Расчет коэффициента гидравлического сопротивления твэльного пучка

Re Расчетное значение Эксперт - ментальное значение Отклонение, % k-ω модель турбулентности (STAR-CD) Re Расчетное значение Эксперт - ментальное значение Отклонение, % k-ε модель турбулентности (STAR-CD) Re Расчетное значение Эксперт - ментальное значение Отклонение, % k-ω-sst модель турбулентности (STAR-CD) Модель расчетной области Размер сетки составляет около контрольных объемов Расчет коэффициента гидравлического сопротивления твэльного пучка

Поле скоростей перед первой ДР Поле скоростей перед второй ДР Поле скоростей в средней части первой ДР Статическое давление перед первой ДР Статическое давление перед второй ДР Статическое давление в средней части первой ДР

Расчет циклического фрагмента по высоте полного поперечного сечения Сетка фрагментов расчетной области разного сгущения

Твердотельная модель Сетка направляющего канала Сетка межкасетного зазора Размер сетки составляет около контрольных объемов Расчет циклического фрагмента по высоте полного поперечного сечения

Поле скоростей в межкассетном зазоре Статическое давление в межкассетном зазоре Расчет циклического фрагмента по высоте полного поперечного сечения

Поле скоростей в поперечном сечении модели в средней части ДР Статическое давление в поперечном сечении модели в средней части ДР Расчет циклического фрагмента по высоте полного поперечного сечения

Выводы по проделанной работе 1. Разработана методика расчета трехмерных полей скоростей и давлений по сечению и высоте твэльного пучка тепловыделяющей сборки ТВС-2М с использованием STAR- CD и CFX. Определены топология и размер сетки расчетной области по количеству контрольных объемов. Проведено исследование влияния модели турбулентности, разностной схемы счета, задания граничных условий и точности математических процедур на значение коэффициента гидравлического сопротивления. Показано, что при определении КГС дистанционирующей решетки и твэльного пучка значение последнего находится внутри возможного диапазона ошибки гидравлического эксперимента. 2. Использование CFD анализа при отработке дистанционирующих и перемешивающих решеток является оптимальным решением, которое может сократить материальные и временные затраты, связанные с экспериментальной отработкой ТВС. 3. Здесь можно верифицироваться на небольших установках и развернуть модель до натурного масштаба по поперечному сечению ТВС с несколькими фрагментами по высоте на сколько это позволят вычислительные ресурсы и оптимизировать перемешивающие решетки.