面向氦气条件下六边形子通道湍流与转捩流动直接数值模拟的研究

理解棒束中的冷却剂热工水力对核反应堆设计至关重要。然而，低雷诺数流动带来了严峻的建模挑战，尤其在传热与自然对流方面。它们难以通过标准计算流体动力学（CFD）工具进行分析。高保真模拟，如直接数值模拟（DNS），可深入揭示流动物理，支撑实验以深化理解，并最终实现对这类流动的精确模拟。由这些高保真方法生成的数据随后可用于基准测试现有湍流模型，并提供廉价、更快速运行的方法。本工作中，通过DNS方法研究了六边形子通道中的对流换热，使用了阿贡国家实验室开发的高阶谱元法代码 Nek5000。首先，构建了由两个节距直径比为1.5的六边形阵列棒束子通道组成的几何模型，随后生成网格。这些异常高的P/D与低雷诺数代表了气冷快堆（GFRs）关注的条件。据我们所知，此类条件下尚无可用数据集。本工作中，我们详述了数值基准的开发与一系列初步LES模拟。在流向与展向施加周期边界条件，壁面为非滑移边界条件。研究了四种工况，雷诺数分别为 Re=2500、5000、7500 和 10000。所有计算均在普朗特数 0.61 下进行，对应于气冷快堆应用关注的氦气条件。通过多项式阶收敛研究分析了结果，并给出并讨论了雷诺应力与湍动能收支。