利用高空间与时间分辨率的测量手段针对棒束通道内定位格架下游两相流场开展研究，可以为参数分布与演化规律的认识与研究奠定基础，同时为数值模拟计算中的模型开发提供更有效的验证数据。本课题提出了在5x5棒束通道使用精细化测量与理论分析相结合的研究方法，通过采用新型丝网测量技术与后处理程序，获得空气-水条件下定位格架下游流场相态参数的信息。基于精细化测量数据，总结与归纳定位格架下游两相参数径向分布与轴向演化特性，识别格架下游特有的局部现象，并结合数值模拟研究，针对定位格架下游流场相态参数的径向分布与轴向演化特性进行深入分析。
本文开发了一种可用于5x5棒束通道的新型丝网传感器，其测量分辨率能够达到 1.05mm，在棒束中心边角子通道布置有 8160145 个数据点，在燃料棒周向区域可提供 24 个测量点。配合自主研发的后处理程序，本课题获得了 5X5束通道内 3 种定位格架下游流场相态参数信息。基于精细化的参数信息，可以总结出空泡份额径向分布与轴向演化规律。在相同空泡份额条件下，相比于边角子通道，流量越大的工况中心子通道空泡份额越大;随着空泡份额增大，通道内相态分布会呈现“壁面峰”向“中心峰”的转变，同时“壁面峰”的位置会随着搅混翼的布置方向发生相应的偏移:随着轴向距离的增加，搅混翼引发的横流与旋流作用会减弱，下游空泡份额分布趋于展平，相态分布会根据横流与旋流的强弱程度发生相应的改变。
基于高分辨率的丝网测量技术，可以对定位格架下游局部现象进行识别。棒束边壁处搅混翼产生的横向流动会在通道边壁处产生特殊的气相聚集或缺失，并且大角度的绕棒横流易在棒束边通道或者角通道处产生较多的气相滞留，该类现象与棒束近壁处搅混翼布置方式高度相关:棒束边壁处或角通道绕棒横流形成的气相聚集现象会随着通道整体空泡份额的增加而不明显，随着整体空泡份额的降低而消散:随着轴向距离的增加，搅混翼作用衰减，棒束通道空泡份额分布展平度增加，局部区域气相聚集消散。
在数值模拟研究中，本文利用欧拉-欧拉两流体模型对定位格架下游空气-水两相流场进行了 CED 计算。通过对带有 I 型格架的棒束通道进行几何简化与网格划分，本课题进行了数值模拟，计算结果符合实验分析与总结得到的规律。基于数值计算的结果，发现在该种格架下游流场，随着轴向距离的增加，通道平均空泡份额衰减至 25De 达到稳定，气泡轴向速度增加，气泡 Sauter 直径增加，界面浓度降低。通过定义表征交混与涡旋强度的横流因子与旋流因子，可以发现在格架下游不远处，中心子通道横流强度与旋流强度要高于边子通道与角子通道在棒束边壁区域指向壁面的搅混翼下游区域的横流强度要高于背离边壁的搅混翼上游区域。随着轴向距离的增加,横流强度与旋流强度相对强弱可能发生转变,其相对强弱决定了该处流场的相态参数分布特性。
本课题通过研发新型丝网传感器，开发后处理程序，在基准实验验证的基础上，对棒束通道内定位格架下游精细化相态参数进行了提取，通过数据分析，识别了格架下游流场局部现象，提取出定位格架下游流场相态参数分布与轴向演化规律;结合 CFD 数值计算，在实验规律与局部现象验证的基础上，对定位格架下游两相流场空泡份额、气相轴向速度和气泡尺寸进行了深入分析，并定量分析了不同子通道层级内横流与旋流分布特性与轴向演化规律。
