[發(fā)明專(zhuān)利]基于薄板樣條函數(shù)插值的核電站堆芯溫度場(chǎng)軟測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611033152.7
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106777500A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱小良;羊冰清;陸彬;姜懿純;景亞杰;沈維
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱工測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于薄板樣條函數(shù)插值的核電站堆芯溫度場(chǎng)軟測(cè)量方法。

背景技術(shù)

世界第一座試驗(yàn)性核電站于1954年6月在前蘇聯(lián)奧布寧斯克建成，它的建成標(biāo)志著核電時(shí)代的到來(lái)。在隨后的二十年，核電發(fā)展逐漸步入高潮，許多先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家建了一批核電站。核能逐漸成為我國(guó)及全世界能源利用的一個(gè)重要組成部分。

但是隨著核能的發(fā)展，核電事故的接連發(fā)生卻給人們帶來(lái)了巨大的恐慌，核安全問(wèn)題受到人們的關(guān)注。核反應(yīng)堆堆芯是核電站的要害部位，當(dāng)堆芯溫度超過(guò)限值時(shí)會(huì)發(fā)生熔融，造成核泄漏。在任何情況下保證堆芯產(chǎn)生的熱量能及時(shí)地輸出是保證核電站安全的關(guān)鍵。只有堆芯內(nèi)的燃料元件處于適當(dāng)?shù)睦鋮s狀態(tài)，熱量被及時(shí)帶出，才能確保反應(yīng)堆及核電站的安全。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于溫度場(chǎng)重構(gòu)方法的研究，大多數(shù)解決的是爐膛流動(dòng)介質(zhì)的溫度場(chǎng)重構(gòu)問(wèn)題，但爐膛結(jié)構(gòu)和反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)存在較大差異，并且溫度的測(cè)量方法不同等因素，這些方法有借鑒之處，但無(wú)法直接應(yīng)用。另外，反應(yīng)堆堆芯溫度測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量受到實(shí)際條件的限制，只能布置在冷卻劑出口處，無(wú)法監(jiān)測(cè)堆芯組件的溫度，不能全局觀(guān)測(cè)堆芯溫度分布，存在監(jiān)視盲區(qū)。

薄板樣條函數(shù)是一種通過(guò)空間上所有散點(diǎn)找到一個(gè)最小彎曲的光滑曲面的插值方法，可以通過(guò)三個(gè)空間散點(diǎn)得到平面。因此，如何通過(guò)薄板樣條函數(shù)插值的方法，利用現(xiàn)有的傳感器測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)建立反應(yīng)堆堆芯溫度場(chǎng)軟測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯內(nèi)部任意位置溫度值的估計(jì)，對(duì)保障核電站運(yùn)行的安全性具有實(shí)際意義的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供基于薄板樣條函數(shù)插值的核電站堆芯溫度場(chǎng)軟測(cè)量方法，該方法能夠以布置在堆芯冷卻劑出口的傳感器采集到的溫度為初始數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有壓水堆堆芯功率分布模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合穩(wěn)態(tài)傳熱熱量守恒方程，應(yīng)用薄板樣條函數(shù)(Thin Plate Spline)插值法，建立堆芯溫度場(chǎng)重構(gòu)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)壓水堆堆芯冷卻劑和堆芯燃料組件的三維溫度分布的軟測(cè)量結(jié)果。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供基于薄板樣條函數(shù)插值的核電站堆芯溫度場(chǎng)軟測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟一：如圖2所示，基于核電站反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及堆芯冷卻劑出口處的溫度傳感器測(cè)點(diǎn)的分布特點(diǎn)建立坐標(biāo)系(參見(jiàn)圖2)，將傳感器測(cè)點(diǎn)溫度作為離散點(diǎn)，采用薄板樣條函數(shù)(Thin Plate Splines，TPS)插值的方法對(duì)測(cè)點(diǎn)溫度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算處理，對(duì)其他未布置溫度傳感器的冷卻劑出口溫度進(jìn)行估計(jì)，初步重構(gòu)得到堆芯冷卻劑出口整個(gè)截面的溫度場(chǎng)的分布；

步驟二：通過(guò)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及其回路系統(tǒng)中冷卻劑的流動(dòng)方式(參見(jiàn)圖3)、熱量傳輸特性和燃料元件的傳導(dǎo)特性，建立堆芯溫度計(jì)算模型和堆芯熱傳導(dǎo)模型，并計(jì)算得到堆芯的徑向功率Q_ij、堆芯的軸向功率Q_k和每個(gè)節(jié)塊的功率Q_ijk；

步驟三：根據(jù)各通道的冷卻劑進(jìn)/出口溫度，取其平均值調(diào)用冷卻劑熱力參數(shù)(比熱容、密度)，采用換熱公式Q_ij＝c_ij·w_ij·ρ_ij·ΔT_ij，計(jì)算出冷卻劑在各通道的流量w_ij；式中,ΔT_ij是各通道冷卻劑進(jìn)、出口溫度差，Q_ij是堆芯徑向功率，c_ij是各通道冷卻劑的比熱容，ρ_ij是各通道冷卻劑的密度；如圖2中，冷卻劑的各通道流量即為箭頭所指向的冷卻劑在壓水堆中流動(dòng)的所有通道流量。

步驟四：利用步驟二得到的每個(gè)節(jié)塊的功率Q_ijk和步驟三所得到的各個(gè)通道的冷卻劑流量值w_ij，從入口或出口開(kāi)始，將上一個(gè)節(jié)塊的溫度及對(duì)應(yīng)的冷卻劑密度和比熱帶入換熱公式Q_ijk＝c_ijk·w_ij·ρ_ijk·ΔT_ijk中中計(jì)算下一個(gè)節(jié)塊溫度的初值，再根據(jù)溫度初值修正本節(jié)塊冷卻劑的密度和比熱容，從而得到進(jìn)一步精確的節(jié)塊溫度，如此反復(fù)迭代逼近直至下個(gè)節(jié)塊的溫度滿(mǎn)足精度要求。以此類(lèi)推，最終得到整個(gè)堆芯的冷卻劑溫度分布；式中，c_ijk為每個(gè)節(jié)塊冷卻劑的比熱容，w_ij為每個(gè)冷卻劑通道的流量，ρ_ijk為每個(gè)節(jié)塊冷卻劑的密度，ΔT_ijk為每個(gè)節(jié)塊冷卻劑的進(jìn)出口溫差。