[發(fā)明專利]一種熔鹽堆氚輸運(yùn)特性耦合計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811375057.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109522510B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦浩;秋穗正;王成龍;田文喜;蘇光輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11;G06F17/18
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

1.一種熔鹽堆氚輸運(yùn)特性耦合計(jì)算方法，其特征在于：步驟如下：

符號(hào)說(shuō)明：上標(biāo)N表示整個(gè)計(jì)算回路中的第N個(gè)控制體，下標(biāo)graphite表示石墨，下標(biāo)deposition表示Cr²⁺的沉積，下標(biāo)corrosion表示Cr的腐蝕；上標(biāo)hot leg表示熱管段，上標(biāo)cold leg表示冷管段，上標(biāo)HX表示換熱器；

步驟1：獲取熔鹽堆的幾何參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)以及程序計(jì)算參數(shù)，幾何參數(shù)包括熔鹽堆堆芯處冷卻劑與石墨的總接觸面積、熱管段內(nèi)側(cè)表面積、冷管段內(nèi)側(cè)表面積和換熱器與冷卻劑的總接觸面積，堆芯、熱管段、換熱器、冷管段內(nèi)冷卻劑的體積；運(yùn)行參數(shù)包括熔鹽堆堆芯入口冷卻劑溫度、堆芯出口冷卻劑溫度、熔鹽堆運(yùn)行壓力、石墨溫度、冷卻劑流速、冷卻劑壓力、給定溫度下熔鹽中Li-6、Li-7和Be-9的初始核子數(shù)密度、堆芯中子通量密度，石墨吸附系數(shù)、Cr²⁺沉積系數(shù)、Cr腐蝕系數(shù)、T₂滲透系數(shù)和Cr²⁺的平衡濃度值，氚生成后對(duì)于T⁺和T₂的分配比例；程序計(jì)算參數(shù)包括熔鹽堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間、時(shí)間步長(zhǎng)，堆芯、熱管段、換熱器和冷管段劃分的控制體數(shù)；

步驟2：計(jì)算熔鹽堆運(yùn)行過(guò)程中石墨對(duì)氚的吸附量限值，石墨在受到中子輻照前后對(duì)氚的吸附量限值之比根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的公式如下：

式中：

r——輻照前后石墨對(duì)氚的吸附量限值之比；

x——中子通量/×10²⁴n/m²；

上式中，x表示中子通量，為堆芯中子通量密度與熔鹽堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間的乘積；堆芯中子通量密度和熔鹽堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間均由步驟1獲取；石墨對(duì)于氚吸附量的限值由下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式得到：

式中：

S——石墨對(duì)氚的吸附限值；

P——熔鹽堆運(yùn)行壓力；

R——通用氣體常數(shù)；

T——石墨溫度；

若石墨對(duì)氚的吸附達(dá)到該限值即表示石墨對(duì)氚的吸附已經(jīng)飽和，其吸附量不再增加；式中熔鹽堆運(yùn)行壓力和石墨溫度均由步驟1獲取；

步驟3：根據(jù)T₂、TF和Cr²⁺的質(zhì)量守恒，得

式中：

——冷卻劑的流速；

——第N-1及N個(gè)控制體中T₂的濃度；

——第N-1及N個(gè)控制體中TF的濃度；

——第N-1及N個(gè)控制體中Cr²⁺的濃度；

——第N個(gè)控制體中T₂的物質(zhì)的量/mol；

——第N個(gè)控制體中TF的物質(zhì)的量/mol；

——第N個(gè)控制體中Cr²⁺的物質(zhì)的量/mol；

σ_TF——氚生成后的轉(zhuǎn)化比例，由步驟1獲得；

——運(yùn)行時(shí)間為t時(shí)的產(chǎn)氚率/mol·s^-1；

——石墨對(duì)T₂的吸附量/mol·s^-1；

——石墨對(duì)TF的吸附量/mol·s^-1；

——沉積反應(yīng)中T₂產(chǎn)生量/mol·s^-1；

——沉積反應(yīng)中TF產(chǎn)生量/mol·s^-1；

——沉積反應(yīng)中Cr²⁺產(chǎn)生量/mol·s^-1；

——腐蝕反應(yīng)中T₂消耗量/mol·s^-1；

——腐蝕反應(yīng)中TF消耗量/mol·s^-1；

——腐蝕反應(yīng)中Cr²⁺消耗量/mol·s^-1；

其中，氚的產(chǎn)生量由下式計(jì)算：

式中：

t——熔鹽堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間/s；

φ——堆芯中子通量密度/n·cm^-2·s^-1；

——Li-7反應(yīng)產(chǎn)生氚的微觀截面/b；

N_Li-7——冷卻劑中Li-7的核子密度/cm^-3；

——Li-6反應(yīng)產(chǎn)生氚的微觀截面/b；

——給定溫度下熔鹽中Li-6的初始核子數(shù)密度/cm^-3；

V_core——堆芯中熔鹽的體積/m³；

V_loop——一回路中熔鹽堆的總體積/m³；

——Li-6的微觀吸收截面/b；

——Be-9的微觀反應(yīng)截面/b；

N_Be-9——冷卻劑中Be-9的核子密度/cm^-3；

其中，和為常數(shù)，通過(guò)查手冊(cè)獲得；一回路中熔鹽堆總體積為堆芯、熱管段、換熱器和冷管段內(nèi)冷卻劑體積之和；

由步驟1獲得的堆芯處冷卻劑與石墨的總接觸面積、熱管段內(nèi)側(cè)表面積、冷管段內(nèi)側(cè)表面積和換熱器與冷卻劑的總接觸面積，分別除以堆芯、熱管段、換熱器和冷管段劃分控制體的數(shù)目，得到堆芯、熱管段、換熱器和冷管段每個(gè)控制體內(nèi)的面積；堆芯、熱管段、換熱器、冷管段內(nèi)冷卻劑的體積除以堆芯、熱管段、換熱器和冷管段劃分的控制體數(shù)，得到堆芯、熱管段、換熱器和冷管段的控制體內(nèi)的冷卻劑的體積；

控制體內(nèi)的面積分別乘以石墨吸附系數(shù)、Cr²⁺沉積系數(shù)、Cr腐蝕系數(shù)和T₂滲透系數(shù)即得石墨吸附量、Cr²⁺沉積量、Cr腐蝕量和T₂滲透量；

石墨吸附量在低于吸附量限值時(shí)，吸附量持續(xù)增加；石墨吸附量達(dá)到吸附量限值后，吸附量則不再增加；

Cr²⁺的沉積與Cr的腐蝕是一對(duì)可逆反應(yīng)，當(dāng)控制體內(nèi)的Cr²⁺濃度低于平衡濃度值時(shí)，發(fā)生Cr的腐蝕；當(dāng)控制體內(nèi)Cr²⁺濃度高于平衡濃度值時(shí)，發(fā)生Cr²⁺的沉積；

上述石墨吸附系數(shù)、Cr²⁺沉積系數(shù)、Cr腐蝕系數(shù)、T₂滲透系數(shù)和Cr²⁺平衡濃度值均由步驟1獲取；

步驟4：計(jì)算熔鹽堆熱管段處T₂、TF和Cr²⁺的物質(zhì)的量的變化；計(jì)算公式為：

步驟5：計(jì)算熔鹽堆換熱器處T₂、TF和Cr²⁺的物質(zhì)的量的變化，計(jì)算公式分別為：

式中：

步驟6：計(jì)算熔鹽堆冷管段處T₂、TF和Cr²⁺的物質(zhì)的量的變化，計(jì)算公式分別為：

步驟7：計(jì)算時(shí)間加上時(shí)間步長(zhǎng)，得到當(dāng)前時(shí)間，再回到步驟3進(jìn)行計(jì)算，直至當(dāng)前時(shí)間為步驟1中設(shè)定的熔鹽堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間，結(jié)束計(jì)算；輸出熔鹽堆堆芯、熱管段、換熱器和冷管段處T₂、TF和Cr²⁺的物質(zhì)的量計(jì)算結(jié)果，以及T₂在換熱器處的滲透量、Cr的腐蝕量、石墨對(duì)氚的吸附量；

其中，T₂在換熱器處的滲透量為T₂在換熱器處各控制體內(nèi)滲透量之和，Cr的腐蝕量為各控制體內(nèi)Cr的腐蝕量之和，石墨對(duì)氚的吸附量為各控制體內(nèi)石墨對(duì)氚的吸附量之和。