[發明專利]反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場耦合計算方法

有效

• 申請號: 202010038956.6
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111261232B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 劉俊峰
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

1.一種反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場耦合計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構建與實際設備尺寸相同的高溫氣冷堆反應堆堆芯模型及蒸汽發生器模型；

2)在高溫氣冷堆反應堆堆芯模型的幾何體外側構建反應堆壓力容器結構層，高溫氣冷堆反應堆堆芯模型的堆芯中心構建燃料元件結構體，以建立計算域1；在蒸汽發生器模型的幾何體外側構建蒸汽發生器殼體及主氦風機結構體，以建立計算域2；在高溫氣冷堆反應堆堆芯模型和蒸汽發生器模型之間構建氦氣流動通道及熱氣導管殼體結構體，以建立計算域3；

3)設置計算域1、計算域2及計算域3中的設備材質及流體域；

4)設定流場的區域及其邊界層、溫度場的區域及其邊界層和應力場的區域及其邊界層；

5)利用COMSOL軟件內置的網格剖分模塊對流場、溫度場和應力場進行網格化；

6)計算域1及計算域3采用k-ε湍流模型，計算域2采用多孔介質模型；

7)通過改變一回路氦氣和二回路汽水混合物壓力P、溫度T及流速u，模擬反應堆在不同功率水平下的運行參數，得計算域1、計算域2和計算域3的流場、溫度場及應力場分布結果；

8)根據步驟7)中得到的計算域1、計算域2和計算域3的流場、溫度場及應力場分布結果，繪制計算域1、計算域2及計算域3的流場切片圖，繪制反應堆不同功率水平下氦氣與汽水混合物的流場及溫度場分布趨勢圖，傳熱管束金屬溫度場和應力場分布趨勢圖，通過調整氦氣壓力P、溫度T及流速u的大小，分析氦氣不同運行參數下的反應堆流場、溫度場及應力場的分布特性；通過調整二回路汽水混合物壓力P、溫度T及流速u，分析不同運行工況下蒸汽發生器管束溫度場和應力場的分布特性，最終得高溫氣冷堆不同功率水平下的最優化運行參數配置，完成反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場的耦合數值模擬計算。

2.根據權利要求1所述的反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場耦合計算方法，其特征在于，步驟1)的具體操作為：根據高溫氣冷堆反應堆堆芯及蒸汽發生器圖紙，利用cmosol內嵌的CAD建模工具構建與實際設備尺寸相同的高溫氣冷堆反應堆堆芯模型及蒸汽發生器模型。

3.根據權利要求1所述的反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場耦合計算方法，其特征在于，步驟3)的具體操作過程為：設計算域1中反應堆壓力容器的材質為鋼材，高溫氣冷堆反應堆內的構件材料包括石墨、碳磚和鋼板金屬材料；

計算域2中蒸汽發生器的殼體材料為鋼材，傳熱管束的材料為奧氏體耐熱合金材料；

計算域3中熱氣導管殼體的材料為不銹鋼鍛件，熱氣導管的材料為耐高溫合金結構鋼；

計算域1中的流體域包括壓力容器與堆內構件之間腔室通道以及反應堆堆芯圓柱體腔室通道；

計算域2中的流體域包括蒸汽發生器傳熱管束殼側通道及主氦風機出入口通道和螺旋傳熱管束內二回路汽水混合物流動通道；

計算域3中的流體域包括熱氣導管殼體與熱氣導管之間的環形通道以及熱氣導管中心通道。

4.根據權利要求1所述的反應堆一回路冷卻劑流場、溫度場和應力場耦合計算方法，其特征在于，步驟4)的具體操作過程為：流場包括氦氣在一回路壓力容器流體域內的流動區域，流場包含計算域1、計算域2及計算域3整個區域，流場邊界層為壓力容器殼體的內壁面、蒸汽發生器殼體的內壁面、熱氣導管殼體的內壁面以及蒸汽發生器傳熱管束的外壁面；

溫度場包括與氦氣流場相對應的氦氣溫度場、計算域2中蒸汽發生器傳熱管束金屬溫度場以及傳熱管束內二回路汽水混合物溫度場；溫度場邊界層為壓力容器殼體外壁面、熱氣導管殼體外壁面及蒸汽發生器殼體外壁面；

應力場包括與蒸汽發生器傳熱管束金屬溫度場相對應的應力場；應力場邊界層為蒸汽發生器傳熱管束內壁面及外壁面。