[發明專利]一種鉛基反應堆事故產生蒸汽泡的遷移路徑分析方法

有效

• 申請號: 202010568930.2
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111753418B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 王成龍;于啟帆;蘇光輝;張大林;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G21C17/00;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種鉛基反應堆事故產生蒸汽泡的遷移路徑分析方法，其特征在于：步驟如下：

步驟1：鉛基反應堆模型搭建及穩態運行參數輸入，包括根據反鉛基應堆結構參數進行建模，以及輸入一回路初始溫度場分布、壓力場分布，二回路溫度、壓力邊界條件，作為穩態計算初值；

步驟2：調用鉛基合金物性關系式，引入多孔介質模型和湍流普朗特模型，通過計算流體動力學程序開展鉛基反應堆一回路穩態熱工水力計算，待計算殘差曲線收斂至10^-5后獲得鉛基反應堆一回路穩態溫度場和壓力場，作為事故工況計算初值；

其中，考慮到液態鉛基合金的物性設置對于其流動和換熱的影響，引入鉛基合金的物性關系式優化計算；引入的關系式為液態鉛基合金的物性關系式：

ρ_LBE＝11096-1.3236T (1)

C_p,LBE＝159-2.72×10^-2T+7.12×10^-6T² (2)

λ_LBE＝3.61+1.517×10^-2T-1.741×10^-6T² (3)

μ_LBE(T)＝(4.56-7.03×10^-3T+3.61×10^-6T²)×10^-3 (4)

式中：

ρ_LBE——鉛基合金密度/kg·m^-3

T——鉛基合金溫度/K

C_p,LBE——鉛基合金熱容/J·K^-1

λ_LBE——鉛基合金熱導率/W·m^-1·K^-1

μ_LBE(T)——鉛基合金動力粘度/N·s·m^-2

引入多孔介質模型用來優化模擬液態鉛基合金在蒸汽發生器和堆芯內的流動阻力，多孔介質模型中的粘性阻力系數和慣性阻力系數由蒸汽發生器和堆芯的流動阻力特性決定：

Δp＝Δp_Viscous+Δp_Inertial (5)

Δp_Viscous＝C_Viscousμ_LBE(T)uΔx (6)

式中：

Δp——多孔介質壓降/Pa

Δp_Viscous——粘性阻力壓降/Pa

Δp_Inertial——慣性阻力壓降/Pa

C_Viscous——粘性阻力系數

u——鉛基合金流動速度/m·s^-1

Δx——單位計算步長內鉛基合金的流動距離/m

C_Inertial——慣性阻力系數

引入湍流普朗特模型用來優化模擬液態鉛基合金在鉛基反應堆一回路中的湍流換熱過程：

Pe＝ul/D (10)

式中：

Pr_t——湍流普朗特數

Pe——貝克萊數

l——鉛基合金流場的特征尺寸/m

D——鉛基合金流場的分子擴散系數

步驟3：開啟計算流體動力學程序中的DPM歐拉-拉格朗日模型，調用DPM歐拉-拉格朗日模型中的蒸汽泡拖曳力計算功能，計算蒸汽泡所受拖曳力，其中拖曳力的計算結果由不同的拖曳系數關系式的選取和修正決定：

式中：

F_D——蒸汽泡所受拖曳力/N

u_b——蒸汽泡流動速度/m·s^-1

ρ_b——蒸汽泡密度/kg·m^-3

d_b——蒸汽泡直徑/m

C_D——蒸汽泡拖曳系數

Re——蒸汽泡相對雷諾數

步驟4：在DPM歐拉-拉格朗日模型中的蒸汽泡初始數量設置處輸入事故初始時刻蒸汽泡的數量隨尺寸的分布規律，即初始時刻產生的各尺寸蒸汽泡數量在所有蒸汽泡數量中的占比；

步驟5：在DPM歐拉-拉格朗日模型中的蒸汽泡初始位置設置處設置破口在蒸汽發生器中的位置，求解蒸汽泡遷移路徑；若蒸汽泡遷移路徑的計算殘差曲線持續波動，則表明計算不收斂，此時應在DPM歐拉-拉格朗日模型中更換新的拖曳系數關系式，并重新開始計算；若蒸汽泡遷移路徑的計算殘差曲線趨于穩定并且不再波動，則表明計算收斂，此時應進一步判斷計算的蒸汽泡遷移時長是否達到計算要求；若計算的蒸汽泡遷移時長達到計算要求，則終止計算并獲取蒸汽泡的遷移計算結果；否則應讀取停止時刻的蒸汽泡分布結果作為初始條件，并繼續蒸汽泡的遷移路徑計算，直至計算的蒸汽泡遷移時長達到計算要求。