[發明專利]一種氟鹽冷卻高溫堆非能動余熱排出系統自然循環特性模化方法

有效

• 申請號: 201911355702.0
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111144054B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 顧漢洋;劉利民;鄧堅;肖瑤;劉茂龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種氟鹽冷卻高溫堆非能動余熱排出系統自然循環實驗模化方法，其特征在于，包括：

步驟1：針對氟鹽冷卻高溫堆非能動余熱排出系統劃分控制體，以控制體為尺度建立包括質量、動量、能量在內的流體動力學方程，并建立考慮熱構件與流體耦合傳熱的邊界方程；

步驟2：選定特征尺度，將氟鹽的流體動力學方程以及邊界條件方程無量綱化；獲得適用于原型系統與模化系統的能夠反應氟鹽冷卻高溫堆非能動余熱排出系統自然循環特性的無量綱特征數組，所述無量綱特征數組包括若干組無量綱特征數；

步驟3：依據非能動余熱排出系統的模化系統與原型系統每組無量綱特征數比值為1的原則，獲得模化系統與原型系統主要特征參數的比例關系，并設計原型系統與模化系統；

所述的步驟1具體包括：

建立回路自然循環的流體動力學方程：

(1)非能動余熱排出系統回路自然循環流量

——系統回路自然循環質量流量，kg/s

——系統輸入功率，W

c_f0——系統參考控制體內流體平均比熱容，J/(kg·K)

ΔT_hc——系統有熱源輸入部件總溫升，K

(2)非能動余熱排出系統回路控制體i內流體動量方程，

l_i——i控制體長度，m

t——時間，s

a_f，i——i控制體內流通面積，m²

ΔP——i控制體壓差，Pa

ρ_f——流體密度，kg/m³

d_i——i控制體水力直徑，m

f——摩擦阻力系數——回路質量流量，kg/s

g——重力加速度,m/s²

z——重力方向高度，m

l——控制體流動方向長度，m

對于氟鹽冷卻高溫堆系統，冷卻劑工質氟鹽運行工況下為不可壓縮流體，采用Boussinesq假設，即動量方程與能量方程內，忽略流體密度隨溫度與壓力的變化，在動量方程的浮力項內，仍然考慮密度與溫度的關系，式(2)變為：

ρ_f0——參考控制體流體平均密度，kg/m³

β——流體膨脹系數，1/K

T_f——流體溫度，K

T_s——熱構件溫度，K

——回路質量流量，kg/s

——控制體i的高度變化，m

g——重力加速度，m/s²

T₀——參考控制體流體平均溫度，K

z——高度，m

l——控制體長度，m

將上式(3)對于整個系統回路積分，則有：

K_i——i控制體形阻系數

考慮浮力項與溫差的關系：

Δz_nc——回路自然循環高度，m

非能動余熱排出系統回路動量方程積分為：

(3)流體控制體i與熱構件控制體i能量方程分別為：

V_f，i——i控制體流體體積，m³

c_f，i——i控制體流體比熱容，J/(kg·K)

T_f，i——i控制體流體溫度，K

u_f，i——i控制體流體速度，m/s

l_j——i控制體起始坐標，m

l_j+1——i控制體尾坐標，m

Bi_i——i控制體畢渥數

h_f，i——i控制體對流換熱系數，W/(m²·K)

T_s，i——i控制體熱構件溫度，K

a_w,i——i控制體熱構件壁面面積，m²

q″′_f，i——i控制體流體體積釋熱功率，W/m³

q″′_s，i——i控制體熱構件體積釋熱功率，W/m³

V_s，i——i控制體熱構件體積，m³

c_s，i——i控制體熱構件比熱容，J/(kg·K)

ρ_f，i——i控制體流體密度，kg/m³。