[发明专利]燃料组件及应用燃料组件的结构化网格划分系统、方法

说明书

本发明提供了一种燃料组件，包括：燃料棒束；燃料棒束的横截面呈十字型，燃料棒束绕轴向呈扭转结构，燃料棒束内流体流动呈各向异性；燃料棒束设置有多个。本发明还提供了一种应用燃料组件的结构化网格划分系统，包含上述的燃料组件，包括棒束区域、第一流道区域和第二流道区域；燃料棒束内形成棒束区域；燃料棒束与第一流道区域沿燃料棒束轴线旋转组合形成圆柱形；第二流道区域内有多个镂空圆柱区域。本发明还提供了一种应用燃料组件的结构化网格划分方法，使用上述的燃料组件进行结构化网格划分。本发明中的燃料棒束呈周期性旋转结构，燃料棒束的横截面呈周期性变化，燃料棒束的几何特征增加了生成结构化体网格划分的困难，避免后续计算不收敛。

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力技术领域，具体地，涉及一种燃料组件及应用燃料组件的结构化网格划分系统、方法。

背景技术

核燃料是核动力装置最重要的部件，核燃料的热工水力分析对反应堆的安全性和经济型具有重要意义。螺旋十字型燃料棒是一种新型的先进核燃料，即将被新一代的反应堆采用。螺旋十字型燃料棒具有自支撑和自交混的特性，燃料棒束不需要定位格架来固定。同时，当冷却剂经过燃料棒外部的螺旋形肋片将形成旋流流动，促进子通道之间的交混。与定位格架的搅浑翼相比，螺旋十字型燃料棒肋片形成的旋流不会衰减。目前，关于螺旋燃料的旋流流动特征、传热强化机理、燃料肿胀特性等的研究报告还比较少。上述关键性问题对螺旋十字型燃料组件的开发和应用具有重要意义。

目前，CFD模拟分析是获得棒束组件内流场信息的一种重要方法。在进行CFD 数值模拟之前，首先要根据研究目标来建立几何模型并划分网格。堆芯燃料棒束处于高温高压环境，棒束通道内湍流流动具有强烈的各向异性特征。由于棒束通道的纵向长度一般在4-5米，因此，关于棒束通道的CFD分析往往计算量庞大。结构化网格数量更少并且网格质量更高。根据棒束相关的计算实例，采用结构化网格进行 CFD计算时，计算结果往往更容易收敛。综上所述，对棒束通道建立合理的结构化体网格对后续的CFD模拟分析具有重要意义。

经过检索，专利文献CN104952492B公开了一种载钆燃料棒及具有载钆燃料棒的燃料组件及压水堆堆芯，载钆燃料棒的燃料芯体由回收铀氧化物和Gd2O3构成， Gd2O3的质量分数为3％～5％，回收铀氧化物的质量分数为95％～97％。具有载钆燃料棒的燃料组件，包括燃料棒、导向管、仪表管，燃料棒、导向管、仪表管排列成方形结构，仪表管排布在燃料组件中心；燃料棒包括不含钆燃料棒和前述载钆燃料棒。压水堆堆芯采用前述具有载钆燃料棒的燃料组件协助控制堆芯剩余反应性。该现有技术是带有导向管的燃料棒，在进行网格划分过程中会生成很多网格，进一步会造成后续的数值计算过程计算量庞大或者不收敛的情况。

因此，有必要提出一种能够增加生成结构化体网格划分的难度，从而使后续采用结构化网格进行CFD计算时，计算结果往往更容易收敛的几何特征的燃料棒。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料组件及应用燃料组件的结构化网格划分系统、方法，本发明在网格划分过程中，在保证网格质量的前提下，尽可能地减少了网格数量，避免造成后续的数值计算过程计算量庞大或不收敛的情况，相较于非结构化网格，网格数量减少了接近70％。

根据本发明提供的一种燃料组件，包括：燃料棒束；燃料棒束的横截面呈十字型，燃料棒束绕轴向呈扭转结构，燃料棒束内流体流动呈各向异性；燃料棒束设置有多个。

优选地，燃料棒束包括弧形肋片、肘部和延长段，弧形肋片呈对称设置形成燃料棒的凸起，弧形肋片两端通过延长段与肘部平滑连接。

优选地，燃料棒束还包括棒中心和棒间距，燃料棒束之间的棒中心之间的距离为棒间距。

优选地，还包括棒间隙，燃料棒束之间存在棒间隙。