[發明專利]一種核動力系統一二回路耦合計算方法

有效

• 申請號: 202011035522.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112231990B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 王明軍;霍雨辰;余浩;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/10;G06F30/23;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種核動力系統一二回路耦合計算方法，步驟如下：1、建立反應堆蒸汽發生器的三維幾何模型并劃分網格，建立核反應堆一二回路一維簡化模型；2、使用計算流體動力學軟件設置蒸汽發生器幾何模型的初始邊界條件和計算域初始狀態；3、計算流體動力學軟件對蒸汽發生器模型進行計算，得到計算結果，將計算結果傳遞給系統分析程序，作為系統分析程序此時間步長的邊界條件；4、系統分析程序對一二回路模型進行計算，得到計算結果，將計算結果傳遞給計算流體動力學軟件，作為計算流體動力學軟件下一時間步長計算時的邊界條件；5、重復步驟3、步驟4，直至反應堆系統模型完成全時段的計算。完成對反應堆系統多維度、全系統高保真的耦合分析。

技術領域

本發明屬于核反應堆系統技術領域，具體涉及到一種核動力系統一二回路耦合計算方法。

背景技術

蒸汽發生器是核反應堆系統中連接一二回路的重要設備，具有在正常運行和某些事故工況下將一回路熱量傳遞給二回路的重要功能，是一二回路耦合計算實現的重點。對蒸汽發生器的分析方法有使用系統分析程序和計算流體動力學程序兩種。系統分析程序一般對一回路進行整體一維建模，蒸汽發生器使用集總參數模型或分布參數模型，根據蒸汽流量、給水流量等因素設置與二回路相連部分的邊界條件，其計算結果能夠反映出在穩態和事故工況下蒸汽發生器的流動傳熱特性，但對蒸汽發生器內部自由體積較大的空間，如入口腔室、出口腔室、蒸氣室等結構，不能得出比較好的模擬結果。計算流體動力學軟件受到計算條件的限制一般只對蒸汽發生器進行整體三維建模，使用雷諾平均NS模型、大渦模擬、分離渦等湍流求解模型，邊界條件使用系統分析程序的擬合結果，被動接受一二回路工況變化，無法將計算結果傳遞回系統分析程序。

綜上所述，耦合程序結合了系統分析程序和計算流體動力學軟件的優點，能夠得出蒸汽發生器在一二回路復雜工況下的詳細熱工水力信息，同時一二回路的系統分析程序接受蒸汽發生器進出口的準確信息，能夠得出系統行為的最佳估算，計算結果與實驗值符合得更好。故本發明針對蒸汽發生器在核反應堆一二回路中的熱工水力分析具有重要的參考價值和指導意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核動力系統一二回路耦合計算方法，該方法結合了系統分析程序計算效率高和計算流體動力學軟件計算準確的特點，能夠在同時考慮一二回路影響因素下對蒸汽發生器進行耦合計算，完成對反應堆系統多維度、全系統高保真的耦合分析。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種核動力系統一二回路耦合計算方法，在使用計算流體動力學軟件對蒸汽發生器的流動換熱特性分析時，耦合程序使用區域重疊法進行建模，其中計算流體動力學軟件通過與系統分析程序在蒸汽發生器與一二回路的兩個進口與兩個出口處進行數據傳遞，實現跨緯度耦合，能夠考慮一二回路系統工況變化對蒸汽發生器計算結果的影響；包括以下步驟：

步驟1：建立蒸汽發生器的幾何模型，包含入口腔室、U型管、出口腔室、給水管、上升段、汽水分離器、蒸汽室和下降段，得到幾何模型后進行網格劃分；建立一二回路系統的節點圖，并按節點圖填寫系統分析程序的輸入卡片，一回路包括壓力容器、熱腿、蒸汽發生器、穩壓器、蒸汽發生器一次側部分、閥門、冷卻水泵和冷腿，二回路包括蒸汽發生器二次側部分、汽水分離再熱器、汽輪機、凝汽器、凝結水泵、低壓給水加熱器、除氧器、給水泵和高壓給水加熱器；

步驟2：根據設計工況使用計算流體動力學軟件選擇蒸汽發生器求解計算時的湍流模型、傳熱模型、多相流模型和組分輸運模型，設置T₀時刻(即初始時刻)的邊界條件和計算域的初始狀態；