[發(fā)明專利]一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810689119.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN108897950B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張斌;張夢(mèng)威;彭程;單建強(qiáng);曹永剛;任麗霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)簡(jiǎn)化的堆芯熔化收集器進(jìn)行建模，根據(jù)對(duì)稱邊界取部分托盤進(jìn)行建模；將熔融物簡(jiǎn)化為圓柱狀，初始條件設(shè)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(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的徑向上均勻地取至少10個(gè)樣本點(diǎn)，定義無量綱不均勻度σ量化不同堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)及尺寸對(duì)碎片床形成厚度分布的影響。本發(fā)明通過簡(jiǎn)化的建模，大大減少了DEM建模計(jì)算的所需時(shí)間，并且保證了計(jì)算精度，減小了計(jì)算參數(shù)的確定難度，定義的不均勻度為堆芯熔化收集器設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆安全設(shè)施設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

堆芯解體事故是鈉冷快堆中一種超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，在堆芯熔化解體后，其正下方是鈉冷快堆反應(yīng)堆主容器的底部，一般在堆芯下方，反應(yīng)堆主容器上方安裝堆芯熔化收集器，來保證在發(fā)生堆芯解體事故后主容器的完整性。

目前，鈉冷快堆中堆芯熔化收集器的主要結(jié)構(gòu)包括托盤，通道，通道頂蓋和支撐架。其中的托盤是固定在支撐架上的，托盤上固定有數(shù)目不定的通道，中央通道位于托盤和支撐架的中軸線位置上，而且穿過托盤。通道的頂部有通道頂蓋，通道頂蓋是由3個(gè)或3個(gè)以上的等腰三角形金屬片組成，或者呈圓錐形。通道頂蓋朝各個(gè)方向向下傾斜，這樣可以有效避免任務(wù)掉落時(shí)向一個(gè)方向堆積，一定程度避免二次臨界的發(fā)生。中央通道周圍均勻分布著若干周圍通道，通道的結(jié)構(gòu)與中央通道結(jié)構(gòu)類似，尺寸相同。托盤包括托盤底板和托盤圓筒，托盤圓筒位于托盤底板的邊緣。托盤由中央向四周有小角度的傾斜以便熔融物散開。中央通道可以流通冷卻劑鈉，以保證鈉的自然對(duì)流冷卻熔融物。

但是在該堆芯熔化收集器的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)過程中存在難度。結(jié)構(gòu)方面，如托盤上方周圍通道的個(gè)數(shù)，位置等參數(shù)難以確定。尺寸方面，如中央通道和周圍通道的直徑，高度；各個(gè)通道頂蓋的高度，傾角；托盤底板的直徑，以及圓筒高度的確定也沒有評(píng)價(jià)依據(jù)，很難獲得對(duì)于反應(yīng)堆來說最優(yōu)的堆芯熔化收集器設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，量化不同堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)及尺寸對(duì)碎片床形成厚度分布的影響。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種堆芯熔化收集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)簡(jiǎn)化的堆芯熔化收集器進(jìn)行建模，根據(jù)對(duì)稱邊界取部分托盤進(jìn)行建模；將熔融物簡(jiǎn)化為圓柱狀，初始條件設(shè)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(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的徑向上均勻地取至少10個(gè)樣本點(diǎn)，定義無量綱不均勻度σ量化不同堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)及尺寸對(duì)碎片床形成厚度分布的影響。

具體的，包括以下步驟：

S1、根據(jù)現(xiàn)有堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)以及尺寸，通過對(duì)收集器結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，建立1:1的計(jì)算模型；

S2、采用三維的離散要素法DEM對(duì)底面托盤、通道以及通道頂蓋的45°進(jìn)行計(jì)算，模型的側(cè)邊設(shè)置為對(duì)稱邊界，熔融物與之發(fā)生碰撞后返回，采用對(duì)稱邊界進(jìn)行計(jì)算；

S3、對(duì)于每種工況的結(jié)果，在徑向方向上均勻選取至少10個(gè)樣本點(diǎn)；

S4、定義無量綱的不均勻度σ，量化不同堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)對(duì)碎片床形成厚度分布的影響；

S5、通過計(jì)算不同堆芯熔化收集器結(jié)構(gòu)和尺寸下的σ，得出最優(yōu)的堆芯熔化收集器設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，步驟S1中，托盤頂蓋為一個(gè)圓錐形頂蓋，傾角與實(shí)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(jìn)行建模，通道與通道頂蓋的高度和半徑采用實(shí)際收集器的高度和半徑，模型的托盤底板保持了中間高，邊緣低的1°傾角，托盤圓筒實(shí)際高度相同。