环形螺旋十字燃料元件流动与换热特性的数值模拟分析

来源：核动力工程杂志2025年第1期北京时间：

作者：何兴, 程杰, 吴迪, 赵文斌, 王建军

单位：1.哈尔滨工程大学核科学与技术学院，哈尔滨，150001；2.哈尔滨工程大学黑龙江核动力装置性能与设备重点实验室，哈尔滨，150001；

摘要：螺旋十字燃料作为一种较为新型的燃料元件，由于其独特的强搅混作用和自支撑等优点而受到广泛关注，但是仍存在中心温度偏高等问题。为解决相关问题，本文提出一种环形螺旋十字燃料，并采用数值模拟的方法研究其内部的流动与换热特性。结果表明，功率计算采用余弦分布的方法会存在轴向功率梯度太大等问题，也会导致计算得到的燃料元件最高温度比实际情况下偏高。此外，相比于螺旋十字燃料，环形螺旋十字燃料具有更强的搅混作用和更低的燃料元件最高温度；并且，入口速度的增加可以进一步加强冷却剂之间的搅混作用从而增强换热能力，但入口温度以及功率密度对搅混作用的影响较小。在燃料元件温度分布方面，环形螺旋十字燃料元件在不同高度处的最高温度位置会受到冷却剂横向速度大小的影响，在冷却剂横向速度大的位置，对燃料元件的换热更强，因此此处的燃料元件温度更低。

关键词：环形螺旋十字燃料, 螺旋十字燃料, 最高温度, 横向速度

基金资助：国家自然科学基金（12105065）；黑龙江省自然科学基金（LH2023A009）