[發(fā)明專利]一種熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010470851.8
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111724924B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張斌;謝天辭;單建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G21D3/00
• 分類號(hào): G21D3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，基于兩流體模型并結(jié)合參與耦合程序的數(shù)值求解方法，導(dǎo)出求解變量的空間離散方程組，對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行求解分割，引入虛擬節(jié)點(diǎn)模擬耦合邊界，通過(guò)設(shè)定的讀寫規(guī)則，在參與耦合的程序間進(jìn)行信息交互，基于參與耦合程序的適用范圍劃分耦合區(qū)域，采用半隱式與顯式方法完成熱工水力程序與安全殼程序的耦合，耦合程序能同時(shí)模擬主回路與安全殼的熱工水力響應(yīng)；

基于兩流體模型分別建立氣相和液相的守恒方程，選取變量V＝(α_g,P_g,P_f,u_g,u_f,E_g,E_f)^T，α_k,u_k,E_k,P_k分別為k相的平均體積份額、壓力、速度、能量，將守恒方程以及補(bǔ)充本構(gòu)關(guān)系改寫為向量函數(shù)；對(duì)所有的空間微分項(xiàng)采取離散格式并組合能得到與微分方程相容的差分方程，使用前m節(jié)點(diǎn)與后n節(jié)點(diǎn)的信息，對(duì)于空間微分項(xiàng)，得到j(luò)節(jié)點(diǎn)的空間離散方程，確定內(nèi)節(jié)點(diǎn)方程；

j節(jié)點(diǎn)的空間離散方程：

其中，F(xiàn)D代表求解變量的差分方程關(guān)系，x,t分別代表空間與時(shí)間變量，C_i為求解變量的系數(shù)，是求解變量的時(shí)間微分V_i是向量變量V第i個(gè)分量，A_i是向量分量對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)前的系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，內(nèi)節(jié)點(diǎn)的求解方程組，具體如下：

其中，F(xiàn)D代表求解變量的差分方程關(guān)系，x,t分別代表空間與時(shí)間變量，C_i為求解變量的系數(shù)，是求解變量的時(shí)間微分V_i是向量變量V第i個(gè)分量，A_i是向量分量對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)前的系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，參與耦合的氣相和液相的守恒方程具體為：

k相的質(zhì)量守恒方程為如下：

k相的動(dòng)量守恒方程：

k相的能量守恒方程：

k代表液相或氣相；α_k,ρ_k,u_k,Γ_k,E_k,P_k,Q_k,I_k分別為k相的平均體積份額，密度，速度，質(zhì)量轉(zhuǎn)移率，內(nèi)能，壓力，因除自身壓力以外其他力做功以及傳熱帶來(lái)的能量變化項(xiàng)，因除自身壓力外其他力的沖量帶來(lái)動(dòng)量變化項(xiàng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，采用相似的半隱式解法，在耦合計(jì)算時(shí)，將問(wèn)題從j節(jié)點(diǎn)切分為兩部分，將兩部分的方程組拼接，補(bǔ)充離散方程AD使耦合分割后的求解保持不變。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，前半部分公式為：

區(qū)域最前m節(jié)點(diǎn)與最后n節(jié)點(diǎn)為邊界條件；

后半部分公式為：

區(qū)域最前m節(jié)點(diǎn)與最后n節(jié)點(diǎn)為邊界條件，F(xiàn)D代表求解變量的差分方程關(guān)系，x,t分別代表空間與時(shí)間變量，C_i為求解變量的系數(shù)，是求解變量的時(shí)間微分V_i是向量變量V第i個(gè)分量，A_i是向量分量對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)前的系數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱工水力程序與安全殼程序的耦合方法，其特征在于，補(bǔ)充的離散方程AD為：

其中，C′_k，a′是與FD中的相對(duì)應(yīng)的系數(shù)和系數(shù)向量，F(xiàn)D代表求解變量的差分方程關(guān)系，x,t分別代表空間與時(shí)間變量，C_i為求解變量的系數(shù)，是求解變量的時(shí)間微分V_i是向量變量V第i個(gè)分量，A_i是向量分量對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)前的系數(shù)。