[發明專利]一種預測超臨界二氧化碳冷卻堆燃料元件主要參數的方法

有效

• 申請號: 202110299921.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113065241B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 張魁;楊佟安;田文喜;廖浩宇;劉強;陳榮華;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種預測超臨界二氧化碳冷卻堆燃料元件主要參數的方法，包括如下步驟：

步驟一：給定燃料元件幾何參數即燃料元件高度、元件直徑、氣隙寬度、包殼厚度、柵距、氣腔長度和彈簧系數，材料參數即包殼材料和燃料芯塊參數，以及熱工參數即冷卻劑進口壓力、進口溫度、質量流速、燃料棒線功率和功率形狀因子；

步驟二：進行時間步的迭代，設置新的熱工參數，包括堆芯進口處溫度、壓力、質量流量和中子通量密度，為熱工、機械計算設置參數初值，將燃料元件幾何模型按照軸向節點和徑向節點進行離散；

步驟三：進行熱工計算，依次計算冷卻劑溫度、計算超臨界二氧化碳冷卻劑與包殼的對流換熱、計算包殼溫度、假設燃料和包殼間隙溫差數值并通過該溫差數值計算燃料芯塊和溫度包殼間隙換熱系數，計算燃料芯塊溫度；

步驟四：進行機械計算，根據間隙內氣體的壓力以及燃料元件的溫度分布計算出芯塊及包殼的形變；

步驟五：計算燃料和包殼間隙的溫差，判斷與步驟三假設的燃料和包殼間隙溫差數值是否相等，如若不相等則更新燃料和包殼間隙的溫差，返回步驟三；

步驟六：計算超臨界二氧化碳中包殼腐蝕量，確定包殼氧化腐蝕情況；

步驟七：將步驟三到步驟六按照步驟二軸向節點從小到大進行循環；從步驟二軸向節點數最小的單元開始迭代，即從堆芯最下方開始迭代到堆芯最上方節點；

步驟八：進行裂變氣體計算，計算腔室氣體壓力，腔室體積包括包殼芯塊間隙和燃料活性段上部分空腔，計算裂變氣體釋放份額；

步驟九：將步驟二到步驟八按照每個時間步長進行迭代，計算整個服役期間的燃料元件主要參數，包括燃料元件的溫度分布、應力分布和裂變氣體釋放量。

2.根據權利要求1所述的一種預測超臨界二氧化碳冷卻堆燃料元件主要參數的方法，其特征在于：

步驟一中給定參數中，熱工參數是分時間步長輸入的熱工水力參數，給定服役期間的時間步長和該時間步長對應的熱工參數。

3.根據權利要求1所述的一種預測超臨界二氧化碳冷卻堆燃料元件主要參數的方法，其特征在于：

步驟三中，在計算超臨界二氧化碳冷卻劑與燃料包殼的對流換熱過程中，采用超臨界二氧化碳對流換熱公式，這樣使計算更加準確。

4.根據權利要求1所述的一種預測超臨界二氧化碳冷卻堆燃料元件主要參數的方法，其特征在于：

步驟六中計算包殼腐蝕量的腐蝕模型綜合考慮奧氏體不銹鋼在超臨界流體中的腐蝕實驗數據，對其進行最小二乘法擬合使模型結果保守，充分保證燃料元件包殼安全。