[發明專利]基于阻力分布包含格架攪混效應的子通道分析方法

有效

• 申請號: 201611179395.1
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106897478B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 楊保文;毛虎
• 申請（專利權）人: 楊保文
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明屬于反應堆燃料組件流體動力學模擬和分析技術領域，具體涉及一種基于阻力分布包含格架攪混效應的子通道分析方法。

背景技術

在核電站的設計和運行中，臨界熱流密度(CHF)、臨界功率是限制核電站運行的最重要的參數之一。在臨界功率以下，反應堆可以最大限度安全地將核能轉換成電能。燃料棒束CHF和堆芯的局部熱工水力參數密切相關，鑒于反應堆堆芯子通道復雜的幾何結構以及寬參數范圍的運行工況，并不能在理論上對CHF完全給出解析解。

傳統核燃料棒束的CHF關系式是基于棒束實驗數據和子通道程序計算出的局部熱工水力參數開發得到。而為了獲得這些反應堆工況下的實驗數據需耗費相當大的財力和較長的時間周期。基于此開發的CHF關系式用來進行核電站運行安全分析并指導核燃料設計。子通道分析方法是目前安審必備的工具，用計算反應堆堆芯的局部熱工水力參數并藉以做出安全分析和評估其CHF限值，這是反應堆安全分析的關鍵步驟。目前除了因為集總參數平均效應產生的不準確性以外，子通道分析主要的弊端之一是缺少對絕大多數反應堆堆芯中所使用格架的攪混性能的模擬和計算。因此，目前所有子通道程序在計算局部熱工水力參數時普遍存在很大的不確定性和誤差。這種不確定性和誤差，在CHF關系式開發擬定時，經常需借助大量棒束CHF實驗數據來彌補，并導致其擬定的CHF關系式應用范圍的局限性。同時，在安全分析時，這種子通道程序在計算局部熱工水力參數時的不確定性也經常導致CHF計算中很大的誤差，并因而產生很大的設計限值及設計偏差，使得反應堆運行效率偏低或安全系數降低。

由于對攪混格架功能缺乏認知，目前所有的子通道程序均將攪混格架的模擬簡化為普通的形阻系數或總體性的所謂“攪混系數”(β或TDC)，完全無法對格架上各個關鍵部件(如攪混翼、彈簧、剛凸和焊點等)的不同攪混性能進行模擬。此外，有人提出了在子通道分析方法中，采用基于雷諾數開發的形阻系數關系式來代替原來的形阻系數常量。而采用上述方法，因為所用的形阻系數關系式與格架幾何結構仍然無關，依舊不能精確地反映格架的攪混特性，無法消除局部熱工水力參數計算的不準確性。

發明內容

本發明目的是提供一種基于阻力分布包含格架攪混效應的子通道分析方法，該方法通過擬合能夠反映攪混格架關鍵部件攪混性能的動量源項關系式，并將該動量源項關系式添加至對應的動量守恒方程中，求解新的守恒方程，從而獲得反應堆堆芯內更準確的局部熱工水力參數，使得CHF值和CHF位置的預測更加準確。

本發明的技術解決方案是：

一種基于阻力分布包含格架攪混效應的子通道分析方法，包括以下步驟：

1)預設待分析的反應堆堆芯的CHF值和CHF位置的預測值的準確度；

2)收集攪混格架在不同工況下的實驗數據；

所述攪混格架為待分析的反應堆堆芯的攪混格架，或包含待分析的反應堆堆芯攪混格架在內的多種攪混格架；

所述實驗數據包括至少四類：第一類和第二類實驗數據為棒束軸向和徑向非均勻加熱工況下的CHF實驗獲得的CHF值和CHF位置，其余實驗數據是在棒束通道壓力分布、棒束通道流速分布、攪混實驗獲得的出口溫度分布以及棒束通道流場溫度中任選至少兩類；

3)采取以下任一方法建立待分析的反應堆堆芯的攪混格架的動量源項關系式：

方法A)利用待分析的反應堆堆芯的攪混格架在不同工況下的至少四類實驗數據直接擬合動量源項關系式；

方法B)利用待分析的反應堆堆芯的攪混格架在不同工況下的至少四類實驗數據標定計算流體動力學軟件，再用該軟件在標定的范圍內計算局部熱工水力參數，擬合動量源項關系式；

方法C)利用所收集的多種攪混格架在不同工況下的至少四類實驗數據擬合與所收集的多種攪混格架相匹配的動量源項通用關系式，再由待分析的反應堆堆芯的攪混格架在不同工況下的實驗數據求得動量源項通用關系式的系數，最終獲得反映該攪混格架關鍵部件攪混性能的動量源項關系式；所述關鍵部件包括攪混翼、條帶、剛凸、彈簧和焊點；

4)在子通道程序中添加步驟3)獲得的動量源項關系式，再用該子通道程序計算待分析的反應堆堆芯的熱工水力參數，從中得到該反應堆堆芯不同工況下CHF值和CHF位置的預測值；

5)分別判斷該反應堆堆芯不同工況下CHF值的預測值與步驟2)中所收集的CHF值之間的比值，以及不同工況下CHF位置的預測值與步驟2)中所收集的CHF位置之間的差值是否滿足步驟1)中所預設的準確度；若任意一項不滿足，則對子通道程序進行優化和/或對CHF關系式進行改進，再重復步驟4)和5)；