[發(fā)明專利]一種計算全陶瓷微封裝燃料芯塊有效熱導(dǎo)率的有限元方法

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113139324A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭東;鄧俊楷;曹慧穎;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/23;G06F113/26;G06F119/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈;李玉娜

1.一種TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，其包括以下步驟：

S11)根據(jù)TRISO顆粒多層微結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建多層TRISO顆粒有限元模型；

S12)基于球體法，利用有限元方法確定TRISO顆粒有效熱導(dǎo)率預(yù)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，步驟S11)為建立具有穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的TRISO顆粒簡化模型，在簡化模型TRISO顆粒被設(shè)定為球體，在距離球心r₁距離形成的內(nèi)球壁上施加t₁溫度，并在距離球心r₂距離形成的外球壁上施加t₂溫度，形成溫度梯度，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)；然后賦予各層材料屬性并劃分網(wǎng)格，進行有限元計算。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，步驟S11)中TRISO顆粒簡化模型中選擇八分之一、四分之一或二分之一的TRISO顆粒建立模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，步驟S12)為利用球體法，確定TRISO顆粒等效熱導(dǎo)率，計算公式為：

式中：λ_T為球壁導(dǎo)熱模型中內(nèi)球壁和外球壁之間材料的熱導(dǎo)率；Q為流過內(nèi)球壁或外球壁的熱量；r₁為內(nèi)球壁的半徑，r₂為外球壁的半徑；Δt為施加在內(nèi)球壁和外球壁之間的溫差，即t₁與t₂的差值；其中，t₁大于t₂，r₂大于r₁。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，r₂與r₁比值大于5000。

6.一種FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，其包括以下步驟：

S21)根據(jù)FCM燃料芯塊微結(jié)構(gòu)特征，利用代表性體積單元方法構(gòu)建有限元模型；將其中的TRISO顆粒多層結(jié)構(gòu)，等效為實體球狀顆粒；并以權(quán)利要求1-5任一項所述的方法獲得的TRISO顆粒有效熱導(dǎo)率作為TRISO顆粒的等效熱導(dǎo)率，劃分網(wǎng)格并進行有限元計算；

S22)根據(jù)傅里葉定律，利用體積平均方法，計算各單元溫度梯度的平均值和各單元平均熱流密度的平均值，進而計算FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，步驟S22)中全場的平均熱流密度通過以下公式計算：

各單元溫度梯度的平均值通過以下公式計算：

式中：i為代表性體積單元中第i個單元；V_i為第i個單元的體積；q_i為第i個單元的熱流密度；為全場的平均熱流密度；T_i為第i個單元的溫度梯度；為各單元溫度梯度的平均值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法，其特征在于，步驟S22)中FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率通過以下公式計算：

9.一種用于TRISO顆粒的熱導(dǎo)率計算的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲程序代碼，所述程序代碼用于執(zhí)行權(quán)利要求1-5任一項所述的TRISO顆粒的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法。

10.一種FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率預(yù)測的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲程序代碼，所述程序代碼用于執(zhí)行權(quán)利要求6-8任一項所述的FCM燃料芯塊熱的有效熱導(dǎo)率預(yù)測方法。