[發明專利]一種反應堆堆芯熱工水力多尺度分析方法

有效

• 申請號: 201810630474.2
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108875213B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 陳廣亮;田兆斐;張志儉;李磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 北京博爾赫知識產權代理事務所(普通合伙) 16045
• 代理人: 于武江

本發明提供的是一種反應堆堆芯熱工水力多尺度分析方法。1：通過堆芯子通道分析程序開展堆芯熱工水力計算；2：確定反應堆堆芯關鍵區域位置與區域范圍；3：確定堆芯CFD分析區域的邊界條件；4：開展堆芯關鍵區域的CFD計算；5：整理CFD計算結果，分析堆芯關鍵區域熱工水力重要參量的狀態；6：整理CFD計算結果，優化子通道程序的計算模型與守恒方程源項；7：更新子通道程序在堆芯關鍵區域的熱工水力計算模型與守恒方程源項；8：以更新的子通道程序，重復步驟1到步驟5；9：對比相鄰兩次關鍵區CFD計算中關鍵區的重要參量數值，判斷是否收斂。本發明能夠綜合確保堆芯熱工水力狀態預測精度與效率。

技術領域

本發明涉及的是一種核電站反應堆堆芯熱工水力狀態的仿真方法，具體地說是一種聯合應用核電站反應堆堆芯熱工水力多尺度狀態分析程序的來進行堆芯熱工水力狀態預測的技術方法。

背景技術

核電站的安全性與經濟性受核反應堆堆芯熱工水力狀態預測技術水平的影響。反應堆堆芯精細化熱工水力計算流體動力學(CFD)程序能夠在細致空間尺度上模擬堆芯的傳熱與流動。這種仿真有利于縮小安全裕量，支持電站功率的提升及燃料周期的延長，保證電站的安全性，提升電站的經濟性。

然而反應堆內部結構與流動過程復雜，堆芯熱工水力CFD分析的網格量巨大，需要巨量的硬件計算資源與計算時間，很難在工程上進行堆芯狀態的快速分析。且堆芯傳熱與流動準確的CFD計算分析，需要設置準確的計算域邊界條件。

堆芯子通道分析程序，以堆芯冷卻劑通道、單燃料組件、多燃料組件等堆芯大區域作為建模對象，并且通過使用傳熱系數、流動阻力系統、橫流與湍流交混計算模型等進行傳熱方程與流動方程的計算。針對同樣的堆芯區域，子通道分析所用網格量遠少于CFD分析所用網格量，容易進行堆芯熱工水力性能分析的工程化應用。但子通道程序分析的精細度程度不如CFD分析，不能分析堆芯柵元尺度區域內的流場分布信息，且計算分析依賴于傳熱與流動模型系數的經驗關聯式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠綜合確保堆芯熱工水力狀態預測精度與效率的反應堆堆芯熱工水力多尺度分析方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟1：通過堆芯子通道分析程序開展堆芯熱工水力計算。

步驟2：確定反應堆堆芯關鍵區域位置與區域范圍，具體包括：分析堆芯熱工水力子通道程序計算結果，篩選冷卻劑、燃料包殼、芯塊的高溫子通道程序控制體及控制體數量，或大溫度梯度、大流速梯度、大壓力梯度參量大梯度區所對應的子通道控制體及控制體數量，以所選擇的所有控制體所對應的堆芯實際幾何區域為堆芯關鍵區域。

步驟3：確定堆芯CFD分析區域的邊界條件，具體包括：針對步驟2所確定的堆芯關鍵區域，以子通道程序分析中在堆芯關鍵區域邊界上的數據為堆芯關鍵區域邊界條件，對子通道程序分析中在堆芯關鍵區域邊界上的數據進行數值處理，獲得的精細分布的參量數據。

步驟4：開展堆芯關鍵區域的CFD計算，具體包括：針對步驟2所確定的堆芯關鍵區域，以步驟3所確定的關鍵區域邊界條件，開展堆芯關鍵區域的CFD計算，并保證所應用的CFD網格方案、湍流模型、離散格式、物性參數適用于堆芯關鍵區域的計算工況，進而獲得并存儲堆芯關鍵區域的精細化熱工水力計算數據。

步驟5：整理CFD計算結果，分析堆芯關鍵區域熱工水力重要參量的狀態；所述重要參量包括：冷卻劑、燃料包殼、燃料芯塊的最高溫度，固體區與流體區的最高熱流密度，冷卻劑的最低流速。

步驟6：整理CFD計算結果，優化子通道程序的計算模型與守恒方程源項；具體包括：