球床堆球流隨機性運動預測模型及其方法論研究

《球床堆球流隨機性運動預測模型及其方法論研究》是依託清華大學，由楊星團擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：球床堆球流隨機性運動預測模型及其方法論研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：楊星團
• 項目類別：面上項目

項目摘要

球床堆球流運動規律的研究是高溫氣冷堆技術實踐中提出的重要理論課題，屬於顆粒流研究範疇。本課題通過提出球流紡概念，建立進一步考慮隨機因素的離散元數學模型以及球流隨機性運動預測模型，來預測球床堆球流運動的分布規律，回答燃料元件在不同時刻所處的位置以及在該位置的機率，包括不同元件交混時的空間分布特徵等基本問題，為定量研究球流隨機運動規律提供方法論。在此基礎上，進一步通過實驗和理論途徑對研究方法加以實施和驗證，揭示球流運動的基本規律，包括球流軌跡、運動分散性、流場分布、滯留時間、球流流型、交混模糊區內的分布等問題。在球流紡概念下研究球流運動的隨機性是一個新的研究方法，在學術上有較大的創新性；在離散元模型中進一步考慮隨機因素，對離散元方法的進一步發展也是一次有益的探索。

結題摘要

高溫氣冷堆被列入國家重大專項，工程項目正在實施中。球流運動規律的研究是高溫氣冷堆工程技術實踐中提出的重要課題，是球床堆芯設計的理論基礎，屬於顆粒流研究的範疇。顆粒流被公認是很難研究的問題，在理論體系的建立上還有很多工作值得探索。本課題正是在這樣的背景下提出並實施的。 球床堆芯的球流運動是一種極其緩慢的顆粒流動，比如由清華大學研發的10MW高溫氣冷堆，其燃料元件的平均運動速度約為0.0002mm/s，如此緩慢的球流是顆粒流研究的新領域，開展相關研究具有重要的學術意義，是對顆粒流研究領域的補充。 通過本課題的實施，提出了極緩慢顆粒流研究的新領域，提出了新的概念、新的方法、新的模型，建立了一套較完整的研究體系，並通過實驗和理論，預測了球床堆球流運動的分布規律，揭示了球流運動的基本機理，已套用於高溫氣冷堆及其下一代技術研發的實際設計中。 本課題提出了極緩慢顆粒流中的球流紡概念，以此為基礎，建立了基於球流紡的定量研究方法，稱為球流紡方法，提出了格線節點法和界面分析法，為球流研究提供了研究方法，並通過實驗和理論驗證了三種方法的一致性；建立了進一步考慮隨機因素的離散元數學模型以及球流隨機性運動的預測模型，預測了球床堆球流運動的分布規律，回答了燃料元件在不同時刻所處的位置以及在該位置的機率，回答了球床某個位置的燃料元件球是從何處運動未來的機率，以及不同元件交混時在空間上的分布特徵等若干基本問題，為定量研究球流隨機運動規律提供了方法論；在此基礎上，進一步通過實驗和理論途徑對研究方法加以實施，揭示了球流運動的基本規律，包括球流軌跡、運動分散性流場分布、滯留時間、球流流型、交混模糊區內的分布等；通過球流運動規律及其參數效應的研究，揭示了球床堆球流運動的基本機理，構建了初步清晰的物理圖像，解釋了摩擦係數和底部錐角對流動均勻性的影響及內在機理，並指出球與球的摩擦係數和球與壁面的摩擦係數作用不同，兩者的作用可能完全相反，這也為高溫氣冷堆堆芯設計以及堆芯壁面設計提供了理論依據，並提出了一種堆芯底部採用全新設計的下一代高溫氣冷堆新方案（正在準備專利申請）。 在國家自然基金面上項目“球床堆球流隨機性運動預測模型及其方法論研究”的資助下，經過3年努力，取得了較為豐富的研究成果，大部分成果將在結題後予以發表。