[發明專利]FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法

有效

• 申請號: 202010108014.0
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111209690B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 巫英偉;張程;王陽陽;秋穗正;蘇光輝;田文喜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法，該方法包括如下步驟：1.設定TRISO燃料顆粒個數，燃料元件尺寸，無燃料區寬度，TRISO燃料顆粒的各層半徑；2.隨機生成TRISO燃料顆粒的球心坐標，并判斷該坐標是否在FCM燃料元件界限之內，如不在則重新生成坐標；3.從第i(i1)個TRISO燃料顆粒開始，判斷和之前構建的每個燃料顆粒是否有幾何重疊，如重合則重新生成坐標；4.建立TRISO燃料顆粒的多層幾何并儲存第i個燃料顆粒的坐標；5.判斷TRISO燃料顆粒的個數是否滿足，如不滿足返回步驟2繼續生成坐標；6.創建FCM燃料元件幾何，運用布爾運算區分燃料元件和TRISO燃料顆粒，建模結束。

技術領域

本發明涉及TRISO燃料顆粒隨機分布建模屬于技術領域，具體涉及一種FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法。

背景技術

全陶瓷微封裝(FCM)燃料是一種彌散型燃料元件，是新一代燃料概念耐事故燃料(ATF)中的重要候選方案之一。在結構形式上，FCM燃料元件包含大量三層包覆各向同性(TRISO)燃料顆粒，即TRISO燃料顆粒彌散于基體組成FCM燃料元件。將Buffer(疏松熱解碳層)、IPyC(內致密熱解碳層)、CVD-SiC(碳化硅層)和OPyC(外致密熱解碳層)逐層包裹在燃料核芯的外部，形成TRISO燃料顆粒，再將TRISO顆粒隨機的彌散在基體中構成FCM燃料。因此，有必要建立起一套FCM燃料元件建模分析方法以盡可能模擬實際燃料的復雜制造過程，為FCM燃料元件的數值分析提供手段和方法。

國內外研究

近年來，因此國內外研究者選用數值模擬的方法對FCM燃料元件展開建模并在此基礎上對其進行燃料性能分析研究。

如文獻《D.Schappela,K.Terrani.Modeling the performance of TRISO-basedfully ceramic matrix(FCM)fuel in an LWR environment using BISON.NuclearEngineering and Design 335(2018)116–127.》中，作者采用了一種隨機分布的腳本建立了半徑4.72mm，高13.5mm的FCM燃料芯塊模型，但不足之處在于，為了節省計算資源，將TRISO燃料顆粒的五層結構簡化為了單層結構，即只構建出了最外層OPyC的幾何，物性也選取外致密熱解碳層的物性。這種建模方法雖然實現了FCM燃料元件隨機分布，但過于粗糙，不能完全模擬FCM燃料元件的堆內行為。

又如文獻《劉振海，李文杰，陳平。FCM燃料熱學性能分析，核動力工程，第37卷，第6期，2016年12月》中，作者采用一種三維切片的策略構建了FCM的燃料模型結構，并對FCM燃料元件進行參數化建模，模型中TRISO顆粒以六邊形的形式規律彌散于基體中。這種建模方法雖然實現了FCM燃料元件的模型構建，但分布非隨機的，且只進行了一個固有厚度切面的建模，仍然不能完全模擬FCM燃料元件的堆內行為。

又如文獻《尹文，祖鐵軍，賀清明。全陶瓷微密封燃料有效多群截面計算方法研究，FCM燃料熱學性能分析，原子能科學技術，第53卷第7期，2019年7月》中，作者利用丹可夫修正因子等價得到FCM燃料組件各燃料棒的等效一維棒模型，對一維棒模型求解超細群慢化方程從而得到共振能量段的有效自屏截面。這種建模方法是反應堆物理計算時的簡化，在對FCM燃料進行燃料分析時，該簡化方法并不可取。

綜上所述，國內外針對FCM燃料的研究文獻較少，且針對FCM燃料元件的建模方法均存在一定的局限性，對于TRISO燃料顆粒幾何的處理較為粗糙，不能完全模擬FCM燃料元件的幾何結構和堆內行為。為了提高燃料分析程序時的可靠性和在燃料設計中的計算精度，針對FCM燃料元件開發一種隨機分布建模方法的十分必要。

發明內容