精细化数值模拟团队在球床堆三维传热与旁流特性研究领域取得新突破

近日，反应堆工程研究所精细化数值模拟团队在国际权威期刊《International Journal of Heat and Fluid Flow》(国际热流科学杂志)发表题为《Three-dimensional numerical investigation on the heat transfer and bypass flow characteristics in a pebble-bed high temperature gas-cooled reactor》(球床式高温气冷堆三维传热与旁流特性数值研究)的研究论文。

该研究由华能集团科技项目“HN-750高温气冷堆燃煤替代示范工程方案设计(第一阶段)(HNKJ22-H07)”资助，论文第一作者是核能技术研究院堆工所刘伟，西安交通大学能源与动力工程学院李增耀教授为通讯作者，核能技术研究院为第一通讯单位。

高温堆三维流体域几何模型

球床式高温气冷堆采用石墨砖散体堆砌结构，堆内流道结构交错复杂，导致旁流路径多、分布区域散、份额难以准确确定，这对反应堆的安全分析与设计优化提出新的技术挑战。

堆内典型流动路径识别

为促进结构优化设计，反应堆工程研究所精细化数值模拟团队创新技术应用，从“黑箱估算”到“透明化精准捕捉”，首创全尺度三维高保真建模技术与多区域耦合高精度求解技术，构建了包含冷却剂通道、石墨砖垂直缝隙、方键、密封条、环形腔室等全部关键结构的三维全尺度精细化数值模型，实现了对堆内复杂流道连通性与几何非对称性作用所致旁流现象的“透明化”精细诊断与三维空间追踪。

关键结构位置流动特征

本研究首次通过高分辨率模拟，直观揭示了堆内结构如何将纵向旁流有效转变为横向流动的物理过程，并通过设置对照模型，定量分离并评估了局部节流部件的独立及协同阻流贡献，为抑流结构的工程优化提供了直接、定量的设计依据。

该系列技术创新标志着华能核能技术研究院在第四代核能系统堆芯热工水力现象的高精度模拟与设计优化方面迈上了新台阶。相关成果可直接应用于高温堆堆型的研发，也为其他堆型的设计提供重要的技术参考。