[發明專利]建立堵流條件下快中子反應堆燃料組件網格模型的方法

有效

• 申請號: 201910840218.0
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110598303B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 王明軍;李俊;房迪;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G21C1/02;G06Q50/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種建立堵流條件下快中子反應堆燃料組件網格模型的方法，包括以下步驟：根據真實設計參數建立快中子反應堆燃料組件的三維幾何模型；建立未堵流的快中子反應堆燃料組件的流體域模型；運用網格劃分軟件對未堵流的快中子反應堆燃料組件的流體域模型進行非結構化四面體網格劃分；根據計算需要對堵流位置進行網格標記操作并在冷卻劑流動方向上添加一個比其它兩個方向大三個數量級的阻力源項；本發明可靈活調節堵塞區域的位置、形狀和大小，避免了重復性的幾何建模工作。

技術領域

本發明屬于快中子反應堆燃料組件技術領域，具體涉及到一種建立堵流條件下快中子反應堆燃料組件網格模型的方法。

背景技術

核電大規模發展在帶來經濟效益的同時，遇到了鈾資源匱乏和長壽命放射性廢物影響環境等問題，而快中子反應堆為解決此問題的現實可行的技術途徑。以鈉冷快堆為代表的快中子反應堆在2002年第四代核能系統國際論壇上被公布為第六種第四代先進反應堆之一，是目前運行經驗最豐富、技術最成熟、短期內最有應用前景且研發進程較快的堆型。快中子反應堆因其在多方面的突出優點而得到了世界各國的重視，這些優勢包括：增殖核燃料，在發電的同時還可以使用經過處理后的乏燃料，將可裂變核素鈾-238轉變為易裂變核素钚-239，很大程度上提高了自然界核燃料的有效利用率；嬗變反應堆運行中積累的大量長壽命錒系元素，解決核廢料的處置問題；固有安全性好，快中子反應堆冷卻劑沸點很高，在失流事故和超功率事故中，出現冷卻劑沸騰的可能性很小且系統工作在低壓狀態，不易發生結構的脆性斷裂和損壞；能夠實現閉式燃料循環，滿足核不擴散要求。

快中子反應堆堆芯體積釋熱率非常高，深燃耗、高溫以及大量快中子的強烈轟擊使其與燃料棒相關的熱工水力問題相較于熱中子反應堆復雜得多。目前，獲得快中子反應堆組件內冷卻劑的熱工水力學特性的方法包括：實驗方法、子通道分析方法和三維數值模擬方法，快中子反應堆的燃料組件由于復雜結構的引入，例如繞絲及定位格架等，造成其熱工水力特性具有極強的三維特性。數量眾多的燃料棒之間的流道內溫度場呈現極不均勻的分布，綜合考慮經濟性和計算精度等因素，對其進行三維數值模擬非常有必要。但復雜的幾何結構特征為三維分析方法帶來了相當的困難：棒束內流道的特征尺度跨越多個數量級，對其進行三維幾何和網格建模為模擬的難度和關鍵。更為重要的是，燃料棒和繞絲表面在二維和三維方向上分別呈點接觸和線接觸，相切和螺旋結構為網格生成帶來了挑戰。

由于腐蝕效應，以及液態金屬凝固等現象，在快中子反應堆的組件三維數值模擬中，發生子通道堵流時的冷卻劑熱工水力特性是研究者們的關注點之一。然而，利用傳統的網格劃分方法，在不同的堵流工況下需要劃分多套計算網格，工作繁瑣且重復，經濟性不強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種建立堵流條件下快中子反應堆燃料組件網格模型的方法，該方法能夠在不改變原幾何結構的基礎上，運用網格標記的方法實現不同堵流工況的網格模型建立。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種建立堵流條件下快中子反應堆燃料組件網格模型的方法，包括如下步驟：

步驟1：通過幾何模型建立軟件solidworks依據真實的設計創建未堵流條件下的快中子反應堆燃料組件的三維幾何模型，此三維幾何模型中包括燃料棒三維幾何模型、燃料棒間的繞絲幾何模型以及燃料組件盒壁的三維幾何模型；

步驟2：在幾何模型建立軟件solidworks中建立一個與步驟1中所得到的快中子反應堆燃料組件的三維幾何模型的外輪廓完全相同的實心幾何體；運用該實心幾何體與在步驟1中得到的快中子反應堆燃料組件的三維幾何模型，使用幾何模型建立軟件solidworks的抽流體域功能得到未堵流的快中子反應堆燃料組件的流體域模型；

步驟3：運用網格劃分軟件對步驟2中得到的未堵流的快中子反應堆燃料組件的流體域模型進行非結構化四面體網格劃分，具體分為如下步驟：