[發(fā)明專利]一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810689119.2
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108897950B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 張斌;張夢威;彭程;單建強;曹永剛;任麗霞
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設計方法，其特征在于，對簡化的堆芯熔化收集器進行建模，根據(jù)對稱邊界取部分托盤進行建模；將熔融物簡化為圓柱狀，初始條件設置為一盒燃料元件全部融化，從大柵格板掉落至堆芯熔化收集器頂蓋及托盤；采用三維的DEM方法進行計算，在計算結果的徑向上取至少10個樣本點，定義無量綱不均勻度σ量化不同堆芯熔化收集器結構及尺寸對碎片床形成厚度分布的影響，包括以下步驟：

S1、根據(jù)現(xiàn)有堆芯熔化收集器結構以及尺寸，通過對收集器結構簡化建立1:1的計算模型；

S2、采用三維的離散要素法DEM對底面托盤、通道以及通道頂蓋的45°進行計算，模型的側邊設置為對稱邊界，熔融物與之發(fā)生碰撞后返回，采用對稱邊界進行計算，離散要素法DEM計算具體為：

在DEM計算模型中，根據(jù)牛頓第二定律求解每個顆粒的平移和旋轉運動，搜索鄰域粒子并判斷粒子接觸，計算粒子重合長度，采用線性的彈簧-阻尼模型計算顆粒之間以及顆粒與固體表面之間的接觸力，計算法向剛度系數(shù)k_n和阻尼系數(shù)c_n，切向的剛度系數(shù)k_s和粘性系數(shù)c_s，計算顆粒與流體之間的曳力，顆粒所受浮力以及重力后，更新時間步長的受力更新粒子的速度，位置以及角速度，然后進入下一時間步計算；

S3、對于每種工況的結果，在徑向方向上均勻選取至少10個樣本點；

S4、定義無量綱的不均勻度σ，量化不同堆芯熔化收集器結構對碎片床形成厚度分布的影響；

S5、通過計算不同堆芯熔化收集器結構和尺寸下的σ，得出最優(yōu)的堆芯熔化收集器設計。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設計方法，其特征在于，步驟S1中，托盤頂蓋為一個圓錐形頂蓋，傾角與實際保持相同，頂蓋直徑與通道頂蓋的寬度一致，取托盤的八分之一進行建模，通道與通道頂蓋的高度和半徑采用實際收集器的高度和半徑，模型的托盤底板保持中間高，邊緣低1°傾角，托盤圓筒實際高度相同。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設計方法，其特征在于，設熔融物為圓柱形，熔融物的直徑為300mm，高度為80mm，計算工況選取熔融物從1500mm處掉落的情況，并且掉落位置處于堆芯熔化收集器的中心位置，選取堆芯熔化收集器的5°進行計算，模型共由325200個熔融物粒子和17960個堆芯熔化收集器粒子組成，熔融物粒子直徑為1mm，密度取不銹鋼與燃料的平均密度，熔融物的掉落量為1盒燃料的總質量。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設計方法，其特征在于，顆粒i的平移和角速度計算如下：

其中，v_i，ω_i，m_i和I_i分別是顆粒i的平移和角速度，質量和慣量，F(xiàn)_i和T_i是作用在顆粒i上的合力和力矩；

對顆粒之間以及顆粒與固體表面之間的接觸力采用線性的彈簧-阻尼模型計算得到：

其中，為顆粒之間接觸力，為顆粒與固體表面之間的接觸力，δ是顆粒之間接觸點處的相對位移，k，c，μ分別是剛度，阻尼和摩擦系數(shù)，下標n和s分別代表法向和切向方向；

法向剛度系數(shù)k_n和阻尼系數(shù)c_n的計算如下：

其中，m^*是顆粒i和j的等效質量，和分別是無量綱的剛度和阻尼修正系數(shù)，Δt是時間步長，需滿足

切向的剛度系數(shù)k_s和粘性系數(shù)c_s，通過以下關系式得到：

其中，ν是泊松比；

顆粒與流體之間的曳力，顆粒所受浮力以及重力計算如下：

其中，C_d是曳力系數(shù)，d_p是顆粒直徑，ρ_p是顆粒密度，v是顆粒的速度，g是重力加速度。