[發(fā)明專利]堆芯熔融進(jìn)程中熔融材料遷移質(zhì)量的計(jì)算方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110568685.X
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN113435004B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉晶;羅躍建;許巍;柴翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京薈英捷創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11726
• 代理人: 趙越

本申請(qǐng)涉及一種堆芯熔融進(jìn)程中熔融材料遷移質(zhì)量的計(jì)算方法和裝置；所述方法包括：計(jì)算熔融物的等效厚度，并根據(jù)所述等效厚度判斷熔融物的形狀；根據(jù)熔融物的形狀確定熔融物發(fā)生遷移的臨界質(zhì)量，根據(jù)所述臨界質(zhì)量判斷熔融物是否發(fā)生遷移；在熔融物發(fā)生遷移時(shí)，根據(jù)熔融物的形狀確定熔融物的遷移形態(tài)；采用該遷移形態(tài)所對(duì)應(yīng)的流量公式計(jì)算熔融物的遷移質(zhì)量。本申請(qǐng)的方案通過對(duì)熔融物遷移形態(tài)建立判斷準(zhǔn)則，確定熔融物遷移形態(tài)，有利于準(zhǔn)確計(jì)算熔融物遷移質(zhì)量，為板狀燃料元件反應(yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程數(shù)值分析提供分析基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及核反應(yīng)堆的安全分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堆芯熔融進(jìn)程中熔融材料遷移質(zhì)量的計(jì)算方法和裝置。

背景技術(shù)

自核能發(fā)展之初，核安全就一直是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)，安全分析一直以來都是核能科學(xué)研究的重點(diǎn)。核反應(yīng)堆是核能利用的核心，反應(yīng)堆堆芯喪失冷卻后，在人因失誤、設(shè)備失效等一系列風(fēng)險(xiǎn)疊加情況下，可能導(dǎo)致堆芯材料熔融，發(fā)生嚴(yán)重事故，造成放射性裂變產(chǎn)物外泄。燃料元件作為反應(yīng)堆堆芯的主要部件，目前輕水堆燃料元件主要包括棒狀燃料元件與板狀燃料元件。棒狀燃料元件主要應(yīng)用在商用輕水堆、沸水堆中，板狀燃料元件主要應(yīng)用在研究堆、試驗(yàn)堆、核動(dòng)力潛艇、核動(dòng)力航母等特殊核動(dòng)力裝置中。嚴(yán)重事故下燃料元件熔融行為對(duì)反應(yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程有重要影響，不同幾何形式、材料類型燃料元件的熔融行為有顯著不同，典型棒狀燃料元件反應(yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程如圖1所示。開展反應(yīng)堆嚴(yán)重事故下堆芯熔融進(jìn)程數(shù)值研究，對(duì)反應(yīng)堆嚴(yán)重事故分析、緩解措施制定具有一定意義。

許多機(jī)構(gòu)均有開發(fā)嚴(yán)重事故分析程序，模擬堆芯熔融進(jìn)程，典型有美國(guó)愛達(dá)荷國(guó)家工程與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的SCDAP/RELAP5程序、法國(guó)輻射防護(hù)與核安全研究所與德國(guó)核設(shè)備與反應(yīng)堆安全協(xié)會(huì)的ASTEC程序、美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)的MAAP程序、美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的MELCOR程序、法國(guó)輻射防護(hù)與核安全研究所的CATHARE/ICARE程序，德國(guó)核設(shè)備與反應(yīng)堆安全協(xié)會(huì)的ATHLET-CD程序等系統(tǒng)分析程序。以上嚴(yán)重事故分析程序?qū)Π魻钤磻?yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程均具有良好模擬能力，僅SCDAP/RELAP5程序?qū)Π鍫钊剂显磻?yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)值分析。目前SCDAP/RELAP5程序?qū)Π鍫钊剂显磻?yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，計(jì)算熔融物遷移質(zhì)量時(shí)僅考慮重力影響，忽略不同熔融物遷移形態(tài)對(duì)熔融物遷移質(zhì)量影響。

相關(guān)技術(shù)中，目前板狀燃料元件反應(yīng)堆堆芯熔融進(jìn)程數(shù)值分析中，對(duì)堆芯熔融物遷移質(zhì)量計(jì)算比較簡(jiǎn)單，沒有考慮熔融物遷移形態(tài)對(duì)遷移質(zhì)量的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為至少在一定程度上克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N堆芯熔融進(jìn)程中熔融材料遷移質(zhì)量的計(jì)算方法和裝置。

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的第一方面，提供一種堆芯熔融進(jìn)程中熔融材料遷移質(zhì)量的計(jì)算方法，包括：

計(jì)算熔融物的等效厚度，并根據(jù)所述等效厚度判斷熔融物的形狀；

根據(jù)熔融物的形狀確定熔融物發(fā)生遷移的臨界質(zhì)量，根據(jù)所述臨界質(zhì)量判斷熔融物是否發(fā)生遷移；

在熔融物發(fā)生遷移時(shí)，根據(jù)熔融物的形狀確定熔融物的遷移形態(tài)；

采用該遷移形態(tài)所對(duì)應(yīng)的流量公式計(jì)算熔融物的遷移質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算熔融物的等效厚度，包括：

其中，

θa為前端接觸角，θr為后端接觸角；ρ為熔融物的密度；g為重力加速度；

所述根據(jù)所述等效厚度判斷熔融物的形狀，包括：

如果等效厚度小于冷卻劑通道寬度，則熔融物為液滴狀；否則熔融物為液塊狀。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)熔融物的形狀確定熔融物發(fā)生遷移的臨界質(zhì)量，包括：