Analysis of Secondary Flow Effects on Turbulent Flow in Nuclear Reactor Fuel Rod Bundles

핵연료 집합체 내에서의 이차유동이 난류에 미치는 영향에 대한 해석적 분석

It is important to predict the main feature of fully developed turbulent secondary flow through infinite triangular arrays of parallel rod bundles. One-equation turbulence model which include anisotropic eddy viscosity model was applied to predict the exact velocity field. For a constant properties, Reynolds equations were solved by the finite element method. Mean axial velocity near the wall is simulated by the law of the wall. The numerical results showed good agreement with avaiable experimental data. The strength of the secondary flow increased with Reynolds number but decreased with rod spacing, P/D (pitch-to-diameter). The secondary flow affects remarkably the distribution of the axial velocity, wall shear stress and turbulent kinetic energy in the closely packed rod array bundles.

핵연료봉의 정방형 또는 삼각형 배열내의 2차 난류 유동의 해석은 연료봉내의 온도분포와 열전달 과정의 해석에 있어서 중요한 문제이다. 비등방성 난류모델과 등방성 난류모델을 사용하여 속 도장을 구하였고 열수력학적 성질이 일정하다는 가정하에 지배방정식을 유한 요소법을 사용하여 수치해석적인 방법으로 해를 구하였다. 또한 연료봉 표면 근처에서는 유체의 유동이 난류가 아니기 때문에 축 방향 속도는 벽의 법칙에 의해서 계산하였다. 이러한 방법에 의해서 구해진 해는 실험 결과와 비교되었고 비교적 잘 일치하였다.