[發明專利]一種鈉冷快堆容器的分區解耦建模及總體耦合計算方法

有效

• 申請號: 201910609576.0
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110532586B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 陸道綱;唐甲璇;張鈺浩;夏子涵;梁江濤;馬翔鳳;豐立
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于核反應堆建模及三維熱工流體瞬態現象算法技術領域的一種鈉冷快堆容器的分區解耦建模及總體耦合計算方法，具體進行了建立三維熱工流體計算模型，對鈉冷快堆堆容器及堆內構件的典型工況進行計算，模擬包括正常運行、預計運行事件和事故的典型工況下堆容器內的三維熱工流體瞬態現象，獲得正常運行及關鍵事故工況下的堆內關鍵結構、部件的溫度場及流場分布特性，明確其三維熱工分布及變化特性。基于數值仿真計算得到三維熱工參數，可為鈉冷快堆相關結構的應力評定提供支持和依據；也為流道尺寸差異大，結構復雜的各類模型的數值模擬提供技術參考。

技術領域

本發明屬于核反應堆建模及三維熱工流體瞬態現象算法技術領域；特別涉及一種鈉冷快堆容器的分區解耦建模及總體耦合計算方法，具體涉及結構尺寸差異巨大的復雜模型的三維熱工流體計算。

背景技術

鈉冷快堆(Sodium-cooled fast Reactor，簡稱SFR)是六種第四代反應堆中相對而言技術最成熟、運行經驗最豐富的堆型。在快堆中，冷卻劑鈉的流動較為復雜，以中國實驗快堆(CEFR)為例，CEFR一回路采用池式結構，堆芯、一回路設備都在主容器內，液態金屬鈉作為一回路冷卻劑和二回路載熱劑。堆本體呈一體化布置，包括堆芯、各類堆內組件、堆容器及堆內構件、控制棒驅動結構、一回路主循環泵、中間熱交換器、事故余熱排出系統的獨立熱交換器、堆內換料系統及設備、堆頂固定屏蔽和堆內參數測量裝置等。主容器上部是氬氣腔體，隔絕一回路鈉和外部大氣。一回路有兩條并聯的環路。每條環路上有一臺主循環泵和兩臺中間熱交換器。反應堆主容器內的構件包括：堆芯支承結構、堆內支承結構、堆內屏蔽、堆內熱屏蔽、泵支承及泵支承補償器、中間熱交換器支承及中間熱交換器支承補償器、壓力管和堆芯熔化收集裝置。

由于鈉冷快堆堆容器及堆內構件結構十分復雜，鈉池內的熱工水力狀況對反應堆的安全運行有著重要影響。對全堆進行三維熱工分析的必要性體現在以下三個方面：一是快堆重要的一回路堆內設備和部件均位于鈉池中，其布置并不完全是軸對稱或者中心對稱的，因而傳統的一維或二維系統分析程序不能給出較精確的分析研究結果；二是鈉池內的鈉在正常運行工況下處于高溫狀態，有著復雜的熱工水力行為，其較大的溫度梯度引起的熱應力對流場中的固體結構的安全性有重要影響；三是池式快堆中的一些結構比較特殊，其特殊的結構引發的流動和傳熱問題也不是用一維或者二維模型能夠分析和解決的。因此,快堆鈉池及其結構設備的三維熱工分析十分必要。但由于池式快堆結構和回路布置的復雜性，堆內結構尺寸差異巨大，堆容器整體高度15m，泵冷卻系統流道僅70mm，相差214倍，網格劃分難度大。國內學者對鈉冷快堆中單獨的部件結構進行過數值模擬，尚未出現類似的全堆瞬態數值模擬先例，為了獲得正常運行及關鍵事故工況下的堆內關鍵結構、部件的溫度場及流場分布特性，用于鈉冷快堆相關結構的應力評定。因此有必要對鈉冷快堆堆容器及堆內構件進行全尺寸耦合瞬態三維數值模擬。

本發明提供一種池式鈉冷快堆堆容器的全尺寸耦合瞬態三維數值仿真方法，即以中國實驗快堆(CEFR)研究對象，利用“分區解耦建模-總體耦合計算”關鍵技術，對熱池-冷池-主容器冷卻系統-錐頂蓋及旋塞進行耦合計算；明確堆內關鍵結構、部件在特定事故工況下的溫度場及流場分布特性，數值模擬出三維熱工參數。研究結果可望填補國內相關領域內的空白，也可以為中國鈉冷快堆的設計提供支持和依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈉冷快堆容器的分區解耦建模及總體耦合計算方法，其特征在于，建立三維熱工流體計算模型，對鈉冷快堆堆容器及堆內構件的典型工況進行計算，模擬典型工況下堆容器內的三維熱工流體瞬態現象，主要包括：

(1)中國實驗快堆CEFR設計運行工況及事故工況下物理進程及關鍵現象分析；

(2)基于關鍵現象分析,對堆本體結構進行合理簡化，從而完成關鍵設備與部件的簡化及建模方案，具體包括：主容器、堆內支承、壓力管部件、柵板聯箱、堆芯、堆內屏蔽、徑向熱屏蔽、三層水平熱屏蔽、一回路主循環泵支承及補償器、中間熱交換器支承及補償器、獨立熱交換器支承及補償器、堆芯熔化收集器、擠鈉器、提升機通道、旋塞和中心測量柱；