[發(fā)明專利]反應(yīng)堆嚴(yán)重事故下熔池瞬態(tài)相變模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110484522.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113192566B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亞培;王耀;巫英偉;蘇光輝;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 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.反應(yīng)堆嚴(yán)重事故下熔池瞬態(tài)相變模擬方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：熔池瞬態(tài)相變過程控制方程開發(fā)：采用偽二元化簡化的熔融物系統(tǒng)，利用鐵元素的濃度指示由鈾、氧、鋯、鐵四種元素組成的熔融物的相場分布并利用耦合了流體力學(xué)方程即納維-斯托克斯方程和相場方程即卡恩-希利亞德方程的方程組即納維-斯托克斯-卡恩-希利亞德方程組作為分層熔池瞬態(tài)演變過程中瑞利-泰勒不穩(wěn)定現(xiàn)象的控制方程，其中納維-斯托克斯方程基于布辛涅司克近似；

步驟二：計算納維-斯托克斯-卡恩-希利亞德方程組求解所需的熱工水力參數(shù)：利用鈾、氧、鋯、鐵四元系統(tǒng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)推導(dǎo)計算求解卡恩-希利亞德方程所需要的自由能、化學(xué)勢、化學(xué)遷移率和梯度自由能系數(shù)；

步驟三：利用渦量-流函數(shù)方法對納維-斯托克斯-卡恩-希利亞德方程組進(jìn)行數(shù)值離散與求解：利用偽譜方法將方程組中的梯度運(yùn)算轉(zhuǎn)換為傅里葉空間中的線性運(yùn)算，并完成方程組的求解，求解之前對方程組中所有的非光滑項(xiàng)光滑化；

步驟四：利用熔池瞬態(tài)相變模擬軟件執(zhí)行數(shù)值運(yùn)算，模擬出完整的熔池瞬態(tài)相變過程并可視化：具體過程如下：

一、首先在每個時間步將鐵濃度和渦量投影到傅里葉空間；

二、在傅里葉空間中求解下一個時間步的鐵濃度和渦量的譜系數(shù)。

三、將計算出的鐵濃度和渦量的譜系數(shù)從傅里葉空間中投影回物理空間得到此時鐵的濃度和渦量，并繪制鐵濃度的空間分布指示熔池的相變過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)堆嚴(yán)重事故下熔池瞬態(tài)相變模擬方法，其特征在于：步驟一中所述的熔池瞬態(tài)相變過程控制方程開發(fā)的過程如下：

一、采用偽二元化簡化的熔融物系統(tǒng)；

偽二元化簡化的熔融物系統(tǒng)指的是假設(shè)在熔融物相變的過程中氧化物相向金屬相傳遞的鈾、鋯、氧元素始終保持一定的比例，在該假設(shè)下，原本含有鈾、氧、鋯、鐵四種元素的熔融物被簡化為是由鐵元素和另一種混合元素這兩種組分組成，這種混合元素對應(yīng)原本的鈾、氧、鋯三種元素，此時鐵的濃度能指示熔融物的相變情況，因此采用的是偽二元化簡化的熔融物系統(tǒng)，其中一元是鐵，另一元是鈾、氧、鋯，將這三種元素等效成一種元素；

二、利用基于布辛涅司克近似的納維-斯托克斯-卡恩-希利亞德方程組描述熔池瞬態(tài)相變過程中發(fā)生的瑞利-泰勒不穩(wěn)定現(xiàn)象；

具體的控制方程如下：

其中

式1，2，3，4共同組成了納維-斯托克斯-卡恩-希利亞德方程組，式中：c為鐵元素的摩爾數(shù)占比，為熔融物的速度，M為化學(xué)遷移率，f是自由能,μ為熔融物的化學(xué)勢，ρ為熔融物的實(shí)際密度，p為流體的壓力，ρ₁為布辛涅司克近似下熔融物的背景密度，η為熔融物的粘度，表示重力,κ是梯度自由能系數(shù)。