讨论生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科 目： 高等流体力学 教 师： 叶建 姓 名： 杨伟，陆祺 ，张鹏青 学 号： 20251002051 ， 20251002025t ， 20251002026t 专 业： 动力工程及工程热物理 ，核科学与技术 , 动力工程 及工程热物理 类 别： 学术，学术 , 学术 上课时间： 2025 年 9 月至 2025 年 11 月 考 生 成 绩： 卷面成绩平常成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷老师 (签名) 气冷堆燃料元件表面流场及温度场模拟 1.本文主要讨论内容国内外已经有许多学者利用计算流体力学（CFD）对模块式高温气冷堆球床内的流场、温度场做过大量讨论，并取得了不少成果。这方面的讨论涉及了燃料元件与壁面或燃料元件之间接触和间隙情况下的传热和流动的特征，孔隙率对温度分布均匀性的影响等等。本文的主要讨论内容是数值计算获得堆芯元件表面冷却剂氦气的速度及温度分布规律，并讨论不同堆积方式对分布规律的影响。2.球床内流动与换热数学模型实际上，在球床对内，燃料元件的分布是随机不规则分布的，有些部分可能是正四棱锥堆积，有些部分是立方体形式堆积；当然，还有可能是其它的堆积方式。本文主要讨论的是正四棱锥堆积于立方体堆积时对温度、速度分布的影响。因此，建立的物理模型由立方体和正四棱锥两种，采纳的计算软件为Fluent。2.1 物理模型在球床对内，球形燃料元件的不同堆积方式对氦气的流动及其温度分布会产生的影响不同。因此，我们需要建立模型模拟以下情况：（1）球床内温度、压力和速度分布规律；（2）堆积方式变化时温度分布和流动的改变。基于这两方面，我们需要建立不同堆积方式的模型。图 2.1 正四棱锥堆积图 2.2 和图 2.3 分别为立方体堆积模型和正四棱锥堆积模型，其中可以明显看到，左边为燃料元件的分布，右边为流体区域。在两个模型当中，燃料球的尺寸均为 60mm。图 2.1 中为正四棱锥堆积方式的平面尺寸图。第一层燃料球球心之间的距离为 7.002cm,第一层与第二层燃料球球心的距离为 3.3912cm。通过对以上两个简单的模型进行数值计算，可以获得球床内冷却剂氦气的速度及温度分布规律。通过对以上两个模型的计算结果比较和分析不同堆积方式对球床内温度分布及氦气流动的影响。图 2.2 立方体堆积模型图 2.3 正四棱锥堆积模型图 2.4 非结构网格2.2 模型为了使方程封闭，特别是在高雷诺数下的计算，应采纳标准模型，该模型是在湍动能 k 方程基础之上引入...
