螺旋十字形燃料组件棒束通道旋流流动结构基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876128
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The helical cruciform fuel (HCF) is an innovative nuclear fuel which utilizes 4-petalled, twisted Fuel rods. The helical cruciform fuel (HCF) geometry uses the strategy of fins to increase the heat transfer area and essentially turns the entire fuel column into a mixing vane to increase the swirl and cross-mixing in sub-channels. The HCF rods are in contact at every 1/4th (e.g. 90 degree) twist pitch and do not require spacer grids as they support each other. Nowadays the knowledge of the complex swirling flow inside the sub-channel of HCF is very limited. In this project, refractive index matching of experimental FEP rod and water enabled the use of an optical measurement technique. The velocity and turbulence distribution in a 5*5 rod bundle modeling HCF is measured by the PIV measurement system. The wire-mesh sensor technique is employed to characterize the progress of the cross-mixing along the flow direction and the degree of cross-mixing assessed using the quantity of tracer arriving in the neighboring sub-channels. Numerical models for single phase swirling flow and cross-mixing between the sub-channels are developed. The WMS demonstrates the three dimensional flow structures, i.e. void fraction, phasic velocity, sauter mean diameter and interfacial area concentration distributions. Acquired data exhibits the swirling two-phase flow dynamics in the HCF rod bundle. The two-phase Eulerian approach with interfacial area transport model is developed to predict the swirling two phase flow in the HCF rod bundle. The objective of the research is to develop the knowledge of flow structure in HCF rod bundle and present the analysis model for the HCF development.
螺旋十字形燃料(HCF)组件采用四叶螺旋燃料棒,实现了无格架自定位。螺旋形外包壳结构显著增加换热面积并在通道内形成持续的旋流流动,显著提高功率密度和热工安全裕度,是一种极具工程应用前景的创新型燃料组件设计。目前针对HCF组件棒束通道内的旋流结构及其对棒间交混和两相结构影响的认识十分有限。本项目采用PIV测试技术结合折射率补偿方法获取HCF棒束通道内单相旋流场的精细流动结构。基于实验数据,建立描述棒束通道内单相旋流和棒间交混的数值模型和计算方法,揭示棒束通道内旋流场的形成机制和棒间交混机理。采用丝网电导探针(WMS)系统获得棒束通道内旋流场中气液两相相态空间分布和界面输运特性。结合界面浓度输运方程,构建描述复杂棒束通道内气液两相流动结构的数学模型。揭示HCF棒束通道内旋流场中气液两相相态分布及其演化规律。本项目的研究旨在揭示棒束通道内的旋流结构,为HCF组件的设计和分析提供理论模型和分析手段

结项摘要

螺旋十字燃料(HCF)组件是由十字形横截面的旋扭燃料棒紧密排布构成的革新燃料组件,相邻燃料棒在不同高度平面接触形成支撑。HCF组件具有比换热面积大、无格架、自定位、强搅混的特点,在高功率密度下仍能保持较高的热工安全裕量,可在减小堆芯尺寸的同时提高堆芯输出功率。目前,俄罗斯已经成功将HCF组件用于核动力破冰船,实现了高安全、高紧凑和高功率密度的船用核动力系统。鉴于螺旋燃料的独有优势,美国也积极推进HCF组件相关的基础和应用研究,已经完成先导组件的设计和制造,计划近期进行堆内性能考核试验。然而,由于燃料组件的敏感性,公开发表的研究成果极少。我国螺旋十字燃料相关的研究尚处于起步阶段,对该型燃料流动传热和交混特性的认知仍存在较大不足。.本项目针对HCF棒束通道内的单相和两相流动结构开展基础性的实验和数值分析。通过流场可视化技术,获得棒束通道内单相旋流流场特性、两相相场结构和子通道间隙的交混机理,发现HCF棒束通道内的交混机制为流动后掠交混,湍流交混可忽略,建立HCF棒束组件通道的子通道交混理论模型。通过三维数值模拟研究,获得全流域单相、两相相场的时空结构分布和加热面单相对流传热、沸腾传热特性,开发单相/两相流动阻力和传热定量预测模型。建立适用于HCF组件持续变流通截面形状、变间隙宽度的子通道分析模型,基于本项目开发的流动传热和交混模型,改进子通道分析程序CTF,使其适用于HCF棒束通道单相、两相流动传热和交混特性研究,支撑HCF燃料组件设计和安全分析。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(8)
专利数量(5)
Investigation of thermosyphon characteristics in a vertical narrow annulus closed at top with external forced convection cooling
顶部封闭、外部强制对流冷却的垂直窄环带热虹吸特性研究
  • DOI:
    10.1016/j.anucene.2019.107226
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Annals of Nuclear Energy
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Yao Xiao;Chaozhu Zhang;Hanyang Gu
  • 通讯作者:
    Hanyang Gu
Numerical simulation of inherent boric mixing phenomenon inside reactor annular down-comer
反应器环形降液管内固有硼混合现象的数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.pnucene.2022.104230
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Progress in Nuclear Energy
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Qi Zhang;Li Liu;Yue Zeng;Chen Zeng;Hanyang Gu
  • 通讯作者:
    Hanyang Gu
Experimental study of gas-liquid flow patterns and void fraction in prototype 5 × 5 rod bundle channel using wire-mesh sensor
使用线网传感器对原型 5 × 5 杆束通道中气液流动模式和空隙率的实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.anucene.2022.109022
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Annals of Nuclear Energy
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Shuai Liu;Li Liu;Hanyang Gu;Ke Wang
  • 通讯作者:
    Ke Wang
Single-phase flow in helical cruciform fuel assembly with conjugate heat transfer
共轭传热螺旋十字形燃料组件中的单相流
  • DOI:
    10.1016/j.pnucene.2022.104199
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Progress in Nuclear Energy
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Tenglong Cong;Rui Zhang;Bicheng Wang;Yao Xiao;Hanyang Gu
  • 通讯作者:
    Hanyang Gu
CFD investigation on thermal-hydraulic characteristics of a helical cruciform fuel bundle
螺旋十字形燃料管束热工水力特性的CFD研究
  • DOI:
    10.1016/j.pnucene.2022.104228
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Progress in Nuclear Energy
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Hangbin Zhao;Qi Zhang;Hanyang Gu;Yao Xiao;Maolong Liu
  • 通讯作者:
    Maolong Liu

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其他文献

水平与微倾斜管内间歇流中长气泡的形态特征
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    顾汉洋
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭烈锦;王智伟;顾汉洋;张西民
  • 通讯作者:
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气液段塞流气弹区相界面结构理论
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾汉洋;郭烈锦
  • 通讯作者:
    郭烈锦
基于WMS的无旋和螺旋气液两相流流型及空泡份额实验研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘帅;陈聪;刘莉;顾汉洋;张嘉荣
  • 通讯作者:
    张嘉荣

其他文献

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十字螺旋金属燃料多物理耦合分析方法及其特性研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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