大涡模拟液态金属在环形管道内的湍流传热特性.pdf

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1、令匆在尤大彥硕士学位论论文题目大滿模似波态金属在环、形箐道内的湍浼传热特性作者姓名吕君学科专业柏科学与技术导师姓名料躲梭完成时间二—十齒科嗲技水大嗲硕士学位论文大涡模拟液态金属在环形管道内的湍流传热特性作者姓名：吕逸君学科专业：核科学与技术丨导师姓名：赵平辉副教授完成时间：二一五年五月十九日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster'sdegreeLargeEddySimulationfortheturbulentheattransferofliquidmetalinanannulusAuthor'sNa

2、me：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段

3、保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开口保密（年）摘要摘要液态金属作为堆芯冷却剂被广泛应用在快中子核反应堆和加速器次临界核反应堆中，本文主要研宂液态金属流体的湍流流动换热特性。通过大涡数值模拟方法，对液态金属流体在环形管道内的流动换热进行数值模拟，获得湍流传热过程中的平均温度、脉动温度、湍流热通量及湍流普朗特数等物理量。并与普通流体（分子普朗特数为、的湍流流动换热进行对比，研究液态金属流体（分子普朗特数为、的湍流流动换热特性。由于液态金属流体的低分子普朗特数，液态金属在湍流流动换热中，分子热传导在流动换热中占主导地

4、位，湍流传热的作用十分小；且在靠近壁面的无量纲温度曲线分布会出现线性区延长、”数区消失的现象。与普通流体相比，液态金属流体的温度脉动、湍流热通量变小且趋于平缓。在液态金属的流动换热过程中，随着雷诺数的减小，其无量纲温度曲线分布的线性区会扩大；而其温度脉动仅仅是数值上变小，峰值位置不变。此外，随着液态金属的雷诺数的变小，液态金属的湍流热通量曲线分布变小且趋于平缓。不同于普通流体的湍流普朗特数在附近，液态金属的湍流普朗克大于，且液态金属的湍流普朗特数对其分子普朗特数十分敏感。随着液态金属的贝克莱数的变小，液态金属的湍流普朗特数变大。此外，液态金属的湍流普朗特数会随着其流道结构的变化而变化

5、。而液态金属在环形管道内的湍流流动换热的另外一个参数：努塞尔数，会随着其流动的贝克莱数的变小而变小。根据大涡数值模拟的结果，本文还对液态金属湍流换热的雷诺平均方法进行研宄。结果表明，在本文采用的四个湍流模型中，模型可以较为精确地对液态金属流体进行模拟。在使用雷诺平均方法模拟液态金属流体湍流换热模拟时，湍流普朗特数模型对计算结果有重要的影响。研宄表明，釆用湍流普朗特数和的湍流普朗特数模型，对液态金属在环形管道内的湍流流动换热进行雷诺平均数值模拟时，其结果均有较大的误差，需要发展新的湍流普朗特数模型。关键字：液态金属流体大涡模拟湍流普朗特数湍流换热AbstractABSTRACTLiqu

6、idmetalhasusedascoolantinfastreactorandacceleratordrivensystem(ADS).ThispaperwillmainlyfocusontheturbulentheattransferofliquidmetaLInordertoobtaintheturbulentstatisticsquantitiessuchastime-meantenperature,terrperaturefluctuationturbulentheatfluxandturbulentPrandtlnumber,LargeEddySimulation(LES)

7、forliquidmetalinanannulusisperformed.Comparedwiththeturbulentheattransferoftraditionalfluid(themolecularPrandtlnumberwillbePr=1.0andPr=0.4inthispaper),theturbulentheattransferofliquidmetalisstudied.DuetothelowmolecularPrandtlnumbe