[發明專利]一種用于模擬輻解氣泡在溶液堆中運動的方法

有效

• 申請號: 201711481851.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109994242B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 王帥;于穎銳;汪量子;秦冬;蔡云;郭銳
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21G1/02
• 分類號: G21G1/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 閆兆梅

本發明屬于溶液堆領域，具體涉及一種用于模擬輻解氣泡在溶液堆中運動的方法。步驟一、將溶液堆對芯按幾何位置進行分區；步驟二、將輻解氣泡按照其產生的位置和時間被分為若干氣泡組；步驟三、從0時刻開始計算；步驟四、計算每個燃料分區內的空泡份額VF_n；步驟五、計算輻解氣體摩爾總量n_ntotal；步驟六、對產生的輻解氣體進行分配完成了對t+Δt時刻各氣泡組的參數更新；步驟七、從零時刻開始按照步驟四到步驟六進行不斷進行計算。本發明采用的方法介于常用的只考慮輻解氣泡軸向勻速運動的模型和利用CFD方法對全堆進行兩相流模擬之間，能夠在保證一定精度的同時保證計算效率。

技術領域

本發明屬于溶液堆領域，具體涉及一種用于模擬輻解氣泡在溶液堆中運動的方法。

背景技術

溶液堆是指利用易裂變燃料可溶鹽水溶液作燃料的反應堆，常用的燃料包括硝酸鈾酰水溶液、硫酸鈾酰水溶液、氟化鈾酰水溶液或是這幾種的混合水溶液，與常用固態燃料的反應堆相比，液體形態的燃料以及慢化劑與燃料均勻混合是其最鮮明的特征。

溶液堆在功率運行條件下，裂變反應產生的高能碎片與溶液中的水分子碰撞使之分解產生氫氣和氧氣；在硝酸鈾酰溶液受到輻照時，還會產生氮氣和氮氧化物。通常將這些氣體統稱為輻照裂解氣體。輻照裂解氣體產生后溶解在燃料溶液中，當達到其飽和濃度后將形成氣泡，稱為輻解氣泡。輻解氣泡受浮力作用會在燃料溶液中運動并從自由液面脫離堆芯。

溶液堆中的輻解氣泡會對燃料體積和密度產生影響進而帶來負反饋，對溶液堆的穩態或瞬態運行產生影響。為此，在溶液堆的建模分析中，對輻解氣泡在溶液堆中的運動進行建模分析，進而獲得輻解氣泡在反應堆穩態或者瞬態工況下在堆內的分布情況十分重要。

輻解氣泡在溶液堆中運動的同時可能存在著生長、聚合、破裂等行為，對這些行為的分析是模擬其運動過程的關鍵。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種模擬輻解氣泡在溶液堆中運動的方法，為溶液堆的全面建模分析提供技術支持。

為解決上述技術問題，本發明一種用于模擬輻解氣泡在溶液堆中運動的方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將溶液堆堆芯按幾何位置進行分區，由中子輸運計算給出各燃料分區的功率分布P_n，固定該功率分布；

步驟二、將輻解氣泡按照其產生的位置和時間被分為若干氣泡組，利用一個矩陣儲存各氣泡組的信息，對于第i組氣泡來說，這些信息包括：

(a)初始產生時間點t_0i

(b)初始產生位置h_0i

(c)當前時間點t時刻該氣泡組所在位置h_i

(d)當前時間點t時刻該氣泡組平均半徑

(e)當前時間點t時刻該氣泡組氣體摩爾總量n_i

(f)當前時間點t時刻該氣泡組總體積V_i；

步驟三、從0時刻開始計算，一旦在位置h處的燃料分區內輻解氣體在t時刻達到了飽和，就開始產生氣泡；新的一組氣泡產生時，記錄其產生時間點t₀＝t，記錄其產生的位置h₀＝h，在最初產生時氣泡的半徑相同，該組氣泡的摩爾總量為t-Δt到t時間段燃料區內產生的輻解氣體總量，其體積通過理想氣體方程計算；

步驟四、在t時刻，確定該組氣泡在一個時間段t到t+Δt內的上升速度，在一個新的時刻t+Δt，根據t時刻所在位置h和氣泡速度更新t+Δt時刻所在位置，判斷這一位置所屬于的燃料分區，對所有的氣泡組都進行這樣的處理，并計算每個燃料分區內的空泡份額VF_n；