[發明專利]一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算方法

在審

• 申請號: 201811103165.6
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109299536A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王明軍;王茜;巫英偉;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G21C1/09
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算方法，其特征在于：計算步驟如下：

步驟1：計算區域幾何模型建立：

首先對大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算區域進行確定，水蒸汽在安全閥接管內壁面冷凝形成液膜，液膜在重力作用下沿管內壁及穩壓器內壁面向下流動，直至水封結構底部形成積水；考慮到水封結構及安全閥接管相對于整個穩壓器大空間所占體積較小，水封形成過程中，對溫度、壓力、汽/液相體積份額關鍵參數影響較大的區域主要集中在水封結構附近，而對整個穩壓器大空間內的影響不大；因此，計算區域選取為穩壓器上封頭與安全閥卸壓管接頭相交處附近，包括鏟形擋板在內的幾何區域；

簡化后所建立的水封結構幾何模型具體包括：穩壓器上封頭至安全閥之間卸壓管段，水封結構鏟形擋板及其所對應的穩壓器內壁面，以及這些壁面所包絡的內部流體域空間，同時在鏟形擋板與穩壓器壁面之間設置有假想出口面；

步驟2：確立冷凝關系式：

通過設置自定義冷凝源項實現水封形成過程的三維熱工水力計算，不需要耗費過大的計算資源，為此需要確立源項中采用的冷凝關系式；

根據冷凝經驗關系式，并結合大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程實際工況，最終確立的冷凝關系式如下：

其中：

S_i——近壁面蒸汽冷凝量；

A_face——壁面網格面積；

V_cell——與壁面相鄰的網格體積；

h_fg——汽化潛熱；

α_w,cond——壁面冷凝換熱系數；

T_sat——飽和溫度；

T_w——壁面溫度；

步驟3：計算冷凝段溫度：

根據步驟1，最終選取了穩壓器上封頭與安全閥卸壓管接頭相交處附近，包括鏟形擋板在內的幾何區域作為計算區域；其中冷凝主要發生在穩壓器上封頭至安全閥之間的卸壓管內壁面；在計算設置中，由于整體計算未考慮外界空氣與計算區域之間的換熱，因此需要將管內壁面考慮為恒溫壁面，溫度通過一個單獨包含管壁和外界空氣流固耦合的計算獲得；具體如下：

建立包含管壁和外界空氣的計算區域，管外壁面與空氣進行耦合換熱，考慮外壁面上法蘭結構的影響；管內壁面與穩壓器內部空間進行冷凝換熱；外界空氣為常溫對流換熱；計算得到的管內壁面溫度即為步驟2中冷凝關系式計算所需參數T_w，并作為冷凝段溫度設置為計算區域的邊界條件；

步驟4：建立三維冷凝源項：

根據步驟2確立的冷凝關系式，針對水封結構幾何模型建立三維冷凝源項，其中包括質量源項即水蒸汽在管壁面冷凝產生的負質量源項、動量源項和能量源項；具體如下：

質量源項：

動量源項：

能量源項：

S_h＝-S_i·h

其中：

S_m——質量源項；

S_i——近壁面蒸汽冷凝量；

A_face——壁面網格面積；

V_cell——與壁面相鄰的網格體積；

h_fg——汽化潛熱；

α_w,cond——壁面冷凝換熱系數；

T_sat——飽和溫度；

T_w——壁面溫度；

——動量源項；

——三維蒸汽流速矢量；

S_h——能量源項；

h——蒸汽焓值；

步驟5：流體動力學計算：

將步驟1中建立的水封結構幾何模型與步驟4中建立的三維冷凝源項代入質量守恒、動量守恒、能量守恒三個控制方程中，并采用瞬態計算流體動力學方法進行三維熱工水力數值計算；冷凝源項中計算所需參數壁面溫度T_w由步驟3提供；計算獲得水封形成過程中溫度、壓力、汽/液相體積份額關鍵參數的三維分布，以及液位隨時間的變化；將計算結果與實驗結果進行對比，分析其正確性及精度；當其結果正確且精度滿足要求時，則穩壓器水封形成過程計算成功。