[發明專利]模擬啟堆時堆芯流道內冷卻劑溫度變化的新型計算方法

有效

• 申請號: 201610001360.2
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN106610917B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 黃美;趙媛媛;歐陽曉平;湯建楠;張志儉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;G06F17/12;G06Q50/06
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本發明屬于解對流擴散方程的領域，特別涉及一種具有快速計算特點的模擬啟堆時堆芯流道內冷卻劑溫度變化的新型計算方法。該數值計算方法的主要思想是：1、利用一個新的未知數將微分方程降階；2、通過積分推導出相鄰兩節點處溫度的關系；3、推導出任意節點與邊界處溫度的關系；4、利用邊界條件解出各節點處溫度。所述方法能夠進行全局求解，在保證計算精度的同時，具有計算量小、占用計算機內存小的特點，能夠快速得到流道內冷卻劑溫度分布情況。

技術領域

發明屬于解對流擴散方程的領域，特別涉及一種具有快速計算特點的模擬啟堆時堆芯流道內冷卻劑溫度變化的新型計算方法。

背景技術

反應堆冷卻劑系統是核電站的重要關鍵系統。它集中了核島部分除堆本體外對安全運行至關緊要的主要設備。反應堆冷卻劑系統的主要功能是利用反應堆主冷卻劑泵驅使一回路冷卻劑強迫循環流動，將堆芯產生的熱量帶出堆外，再通過蒸汽發生器傳熱管傳給二回路給水從而產生蒸汽驅動汽輪機。冷卻劑在導出堆芯熱量的過程中冷卻堆芯，防止燃料元件棒溫度過高而燒毀，因此，對反應堆冷卻劑溫度的實時監控是反應堆安全不可或缺的一部分內容。

大亞灣壓水堆核電站一回路冷卻劑系統由對稱并聯到壓力殼進出口接管上的三條密封環路構成。每條環路由一臺冷卻劑主泵、一臺蒸汽發生器以及相應的管道、閥門組成。在反應堆堆芯中，冷卻劑自下至上流過燃料棒之間形成的流道，在流道內被燃料棒加熱，溫度上升。然而由于堆芯溫度很高，測量不同位置的冷卻劑溫度比較困難，因此需要通過計算來得到冷卻劑的溫度分布。

發明內容

發明目的：一種具有快速計算特點的模擬啟堆時堆芯流道內冷卻劑溫度變化的新型計算方法主要目的是快速的得到堆芯流道內冷卻劑的溫度分步及其變化過程。

技術方案：本發明為實現上述目的，采用以下技術方案。

模擬啟堆時堆芯流道內冷卻劑溫度變化的新型計算方法其特征在于利用一個新的未知數將微分方程降階，推導出相鄰兩節點處未知量的關系進而推導出任意節點與邊界處未知量的關系，利用邊界條件解出各節點處未知量。所述方法在計算過程中依次按以下步驟實現：

1、簡化壓水堆堆芯冷卻劑流道中冷卻劑對流傳熱為一維問題，認為燃料棒對冷卻劑的加熱為對流擴散方程中的源項；

2、利用新引進的未知數對一維非穩態對流擴散方程的對流項進行降階，將一個含有二階導數一個變量兩個自變量的偏微分方程變成一個只含有一階導數兩個變量兩個自變量的偏微分方程組。一維非穩態對流擴散方程的表達式入下：

引入變量v：

得到方程組：

3、將兩方程聯立得到方程組，對兩個等式分別關于時間和空間進行積分以得到兩變量在時間及空間上的關系。確定時間步長，以k，k+1，k+2……表示各個節點 ，利用下標k，k+1，k+2……表示節點處溫度和溫度梯度的空間位置，利用上標0,1,2……t表示各節點處溫度和溫度梯度的時間維度；

4、通過積分運算得到相鄰節點溫度和溫度梯度之間的關系。認為初始時刻（0時刻）的變量值為已知量，可以得到t時刻相鄰節點處溫度和溫度梯度的關系；

5、通過積分可得到關系式：

其中，。表示，表示；

通過上述關系式即可得到空間任意一點與邊界處未知量之間的關系。

本發明的有益效果為：