[發(fā)明專利]一種鉛冷快堆控氧過程中氧濃度擴(kuò)散數(shù)值模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010713015.8
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111881631B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王成龍;張衍;張大林;蘇光輝;秋穗正;田文喜
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種鉛冷快堆控氧過程中氧濃度擴(kuò)散數(shù)值模擬方法，其特征在于：步驟如下：

步驟1：氧控裝置建模：氧控裝置計(jì)算模型只包括液體部分，將氣體和固體部分簡化為給定氧濃度的邊界條件；其中氣相控氧中認(rèn)為氣液兩相交接面維持不變，將氣液兩相交界面建模為固定壁面；固相控氧中首先采用離散單元法進(jìn)行氧化鉛顆粒隨機(jī)堆積模擬，利用堆積結(jié)果進(jìn)行流體力學(xué)建模，建模中不包括氧化鉛顆粒，只針對鉛基冷卻劑工質(zhì)流道進(jìn)行氧控裝置建模；

步驟2：網(wǎng)格生成：固相控氧中氧化鉛為小球形式，氧化鉛小球之間相互接觸，因此需要對氧化鉛小球直徑進(jìn)行微調(diào)便于網(wǎng)格生成，網(wǎng)格生成中需保證氧化鉛顆粒表面第一層邊界層網(wǎng)格位于層流子層內(nèi)，便于采用近壁面處理模型進(jìn)行邊界層內(nèi)氧擴(kuò)散計(jì)算；

步驟3：物性調(diào)用和氧控裝置計(jì)算模型設(shè)置：由于氧氣在鉛基冷卻劑中溶解度非常低，因此氧氣和鉛基冷卻劑混合后的物性依然采用鉛基冷卻劑本身物性；湍流模型選擇中，氣相控氧模擬選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，固相控氧模擬選擇SST k-ω湍流模型；邊界層處理模型選擇中，氣相控氧模擬選擇Enhanced壁面處理模型，固相控氧模擬使用SST k-ω湍流模型默認(rèn)的邊界層處理模型；對于鉛鉍工質(zhì)，湍流施密特?cái)?shù)設(shè)置為0.9；

步驟4：氧控裝置計(jì)算模型及邊界條件設(shè)置：邊界條件包括入口流速、入口湍流強(qiáng)度、入口氧濃度、入口溫度和邊界氧濃度；邊界氧濃度根據(jù)控氧方式確定，計(jì)算公式如下：

若為氫氣+氧氣型氣相控氧或固相控氧，則邊界處氧濃度達(dá)到飽和，即：

式中：

C_O,s——邊界處氧濃度，單位為wt％；

T——溫度，單位為K；

若為氫氣+水型氣相控氧，則邊界處氧濃度為給定氫氣和水體積比下的平衡氧氣分壓對應(yīng)的平衡氧濃度：

平衡氧分壓計(jì)算公式：

式中：

P⁰——參考壓力，單位為Pa；

——?dú)夥罩袣錃夥謮海瑔挝粸镻a；

——?dú)夥罩醒鯕夥謮海瑔挝粸镻a；

——?dú)夥罩兴魵夥謮海瑔挝粸镻a；

k——反應(yīng)平衡常數(shù)；

對應(yīng)的平衡氧濃度C_O,e計(jì)算公式：

式中：

C_O,e——平衡氧濃度，單位為wt％；

步驟5：采用SIMPLE算法，設(shè)置氧氣濃度離散格式為二階迎風(fēng)格式，開展穩(wěn)態(tài)計(jì)算至出口平均氧濃度收斂到一個(gè)穩(wěn)定值。