[發(fā)明專利]一種核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合無(wú)網(wǎng)格分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110484617.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113192567B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳榮華;肖鑫坤;蔡慶航;張鵬輝;郭凱倫;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C10/00
• 分類號(hào): G16C10/00;G16C20/10;G16C20/90;G06F30/25;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

一種核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合無(wú)網(wǎng)格分析方法，具體步驟如下：1、在笛卡爾坐標(biāo)系下對(duì)板狀核燃料進(jìn)行初始建模；2，采用鏈表法對(duì)鄰居粒子進(jìn)行檢索，將鄰居粒子信息保存在數(shù)組內(nèi)；3，顯式計(jì)算動(dòng)量守恒方程中的重力項(xiàng)、粘性項(xiàng)和表面張力項(xiàng)，得到粒子的估算速度和位置；4，計(jì)算粒子間傳熱，使用焓值相變模型判斷粒子的相態(tài)；5，檢索是否存在固體粒子之間的碰撞，使用DEM模型進(jìn)行計(jì)算；6，隱式計(jì)算壓力梯度項(xiàng)，修正粒子的速度和位置；7，輸出需要的結(jié)果，推進(jìn)時(shí)間步長(zhǎng)直到模擬結(jié)束。本方法考慮了核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合的所有現(xiàn)象，粒子法能夠?qū)θ廴谖镒杂梢好孢M(jìn)行精確捕捉，固液耦合模型能夠分析熔融物和燃料微粒之間的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核電廠嚴(yán)重事故板狀核燃料發(fā)生熔化時(shí)熔融物的遷徙行為的研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合無(wú)網(wǎng)格分析方法。

背景技術(shù)

相較于一般核電站使用的棒狀燃料元件，使用彌散顆粒壓制的板狀核燃料構(gòu)成的核組件具有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，燃料芯體有更大的換熱面積所以溫度低，較高的換熱效率和較深的燃耗等特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用在一體化的反應(yīng)堆、核動(dòng)力反應(yīng)堆和實(shí)驗(yàn)用研究堆中。在事故工況下，反應(yīng)堆中出現(xiàn)如燃料元件在燃耗過(guò)深時(shí)發(fā)生輻照腫脹導(dǎo)致冷卻劑流道變窄，而此時(shí)堆內(nèi)材料碎片或異物隨冷卻劑的循環(huán)流入到堆芯內(nèi)，就可能會(huì)引發(fā)冷卻劑流道堵塞事故，造成堆芯燃料板無(wú)法被充分冷卻，熱量不能及時(shí)通過(guò)冷卻劑帶走，燃料板溫度升高，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致局部冷卻劑蒸干，完全裸露后的板燃料溫度會(huì)急劇上升，極大的威脅了燃料包殼的完整性，甚至可能造成反射性外泄，引發(fā)嚴(yán)重的核事故后果。歷史上，在1965年美國(guó)橡樹嶺研究堆發(fā)生過(guò)一起因橡膠墊片隨冷卻劑流入堆芯而引起的堵流事故，并最終造成一個(gè)板狀燃料組件中的三塊燃料板發(fā)生局部熔化。此外，由于目前為止國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在棒狀核燃料的相關(guān)問(wèn)題，因此對(duì)于棒狀燃料元件在嚴(yán)重事故下的行為和機(jī)理的認(rèn)識(shí)比較深入，結(jié)合已有的一些嚴(yán)重事故燃料和堆芯行為研究結(jié)果的機(jī)理性分析程序(如：MELCOR和SCDAP/RELAP5等)，得到了一些針對(duì)棒狀燃料元件堆芯的較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，但國(guó)內(nèi)外對(duì)板狀核燃料元件的研究較少，已建立的模型存在相對(duì)簡(jiǎn)單、粗糙的問(wèn)題，且現(xiàn)有的嚴(yán)重事故程序無(wú)法滿足使用板狀核燃料的反應(yīng)堆嚴(yán)重事故分析的需求。綜上所述，有必要針對(duì)板狀燃料元件開展嚴(yán)重事故機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)的研究，為板狀燃料元件核反應(yīng)堆制定完善的嚴(yán)重事故緩解策略提供技術(shù)支持，進(jìn)一步能夠有針對(duì)性的制定一些防止嚴(yán)重事故發(fā)生的措施，減少嚴(yán)重事故發(fā)生的可能性和概率。

發(fā)明內(nèi)容

為揭示板狀核燃料發(fā)生熔化后熔融物的遷徙行為，從而能夠給板狀燃料元件核反應(yīng)堆制定完善的嚴(yán)重事故緩解策略提供技術(shù)支持，制定一些防止嚴(yán)重事故發(fā)生的措施，減少嚴(yán)重事故發(fā)生的可能性和概率，本發(fā)明在粒子法的基礎(chǔ)上，添加能夠?qū)腆w之間作用進(jìn)行分析的非連續(xù)介質(zhì)模型的分析方法離散單元法并充分考慮固體和液體之間的耦合作用提出一種核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合無(wú)網(wǎng)格分析方法，該方法能夠?qū)Π鍫詈巳剂先廴谖锏倪w徙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，獲得熔融物產(chǎn)生位置信息、開始遷徙后的運(yùn)動(dòng)信息等，板狀燃料元件核反應(yīng)堆制定完善的嚴(yán)重事故緩解策略提供技術(shù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案予以實(shí)施：

一種核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合無(wú)網(wǎng)格分析方法，步驟如下：

步驟1：對(duì)核反應(yīng)堆板狀燃料熔化流固耦合問(wèn)題進(jìn)行粒子建模；用不同類型的粒子代表核反應(yīng)堆板狀燃料的各個(gè)組成部分，0號(hào)粒子代表鋯合金材質(zhì)的燃料包殼和燃料基體，1號(hào)粒子代表彌散在燃料基體中的二氧化鈾燃料微粒；對(duì)每一個(gè)粒子進(jìn)行編號(hào)，所有的粒子均具有對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)，物性參數(shù)包括質(zhì)量、密度、比熱、熔沸點(diǎn)、溫度、焓和初速度；粒子在笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)，依據(jù)核反應(yīng)堆板狀燃料的具體參數(shù)均勻布置，能夠模擬核反應(yīng)堆板狀燃料的初始狀態(tài)；

步驟2：使用鏈表法檢索鄰居粒子，具體方法是：將整個(gè)計(jì)算域均勻劃分成正方形表格，正方形表格的邊長(zhǎng)與粒子最大作用半徑相等；對(duì)于任意一個(gè)粒子而言，檢索鄰居粒子時(shí)只需檢索包含粒子在內(nèi)的表格以及包圍此表格的共計(jì)9個(gè)表格，三維計(jì)算時(shí)，需要檢索的就是由正方形表格圍成的正方體，需要檢索27個(gè)三維正方體；