[發明專利]一種池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動快速仿真方法

有效

• 申請號: 202110942689.X
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113657049B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 陳廣亮;蘇少敏;李磊;張智剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F17/12;G06F17/13;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 合肥方舟知識產權代理事務所(普通合伙) 34158
• 代理人: 劉躍

本發明提供了一種池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動快速仿真方法，包括：對池式鈉冷快堆主冷卻劑系統的流動與傳熱過程進行解耦建模，實現仿真建模層面上的并行化；對池式鈉冷快堆主冷卻劑系統的流動過程建模中去控制體化；對描述池式鈉冷快堆主冷卻劑系統流動過程的一階非線性微分方程組進行非線性方程組解析化處理；傳熱過程與流動過程可以分開并行化應用不同的計算資源分別進行求解；再利用物性計算公式，通過所計算得到的壓力與焓值對各控制體的物理參數更新；判斷是否完成所要求時間長度內的仿真計算。本發明通過解耦建模、建模中去控制體化、求解中進行非線性方程組解析化處理等，提高了池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動仿真計算效率。

技術領域

本發明涉及池式鈉冷快堆主冷卻劑系統仿真技術領域，特別是涉及一種池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動快速仿真方法。

背景技術

中國實驗快堆是中國建設的第一座鈉冷快堆，中國示范快堆是中國建設的第一座鈉冷示范快堆。哈爾濱工程大學的核動力仿真研究中心(本單位)分別針對中國實驗快堆與中國示范快堆主冷卻劑系統開發了實時仿真系統。兩座池式鈉冷快堆主冷卻系統的結構復雜，包括冷熱鈉池、堆芯、中間熱交換器、獨立熱交換器、主泵、壓力管、大小柵板聯箱、石墨屏蔽管束、生物屏蔽支承筒、水平/豎直/環形隔板等設備及結構，在結構及運行特性上與國際廣泛應用的壓水堆存在顯著差別。哈爾濱工程大學的核動力仿真研究中心分別針對兩座池式快堆主冷卻劑系統結構與運行特點，針對堆芯、中間熱交換器、獨立熱交換器、冷熱鈉池、堆主容器冷卻系統和泵支承冷卻系統等對象，利用數百控制體建立了傳熱與流動仿真模型，并在仿真模型中建立與其它系統程序的接口，開發了仿真程序。仿真程序采用模塊化原則，以Fortran語言編寫，并與其它系統軟件程序進行耦合仿真，能夠實現實時與超實時計算仿真。

為提升池式快堆主冷卻劑系統重要設備及流域的認知水平，需提高仿真空間分辨率，隨著控制體數目的增多，仿真計算效率將會不斷降低，為確保池式快堆主冷卻劑系統具備足夠的空間分辨率與計算效率，需要研究提高池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動計算效率的技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動快速仿真方法，通過解耦建模、建模中去控制體化、求解中進行非線性方程組解析化處理等技術手段，大大提高了池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動仿真計算效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱與流動快速仿真方法，包括如下步驟：

步驟1，針對池式鈉冷快堆主冷卻劑系統的傳熱與流動特點，建立控制體劃分圖與系統流路圖；

步驟2，依據步驟1所建立的控制體劃分圖，針對各控制體，建立能量守恒方程，形成用于描述池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱過程的一階非線性微分方程組；

步驟3，依據步驟1中所建立的系統流路圖，針對各支路，建立動量守恒方程；針對各支路的交匯節點，建立質量守恒方程，形成描述池式鈉冷快堆主冷卻劑系統流動過程的一階非線性微分方程組；

步驟4，針對步驟3所建立的描述池式鈉冷快堆主冷卻劑系統流動過程的一階非線性微分方程組進行非線性方程組解析化處理，得到各節點壓力的解析表達式；

步驟5，基于步驟4中所獲得的各節點壓力的解析表達式，進行當前時間步下支路交匯處壓力與支路流量分布的迭代計算，獲得描述流動過程的壓力與流量分布數據；

步驟6，基于步驟2所獲得的用于描述池式鈉冷快堆主冷卻劑系統傳熱過程的一階非線性微分方程組，求解各控制體的傳熱過程參數；

步驟7，基于步驟5所獲得的描述流動過程的壓力與流量分布數據與步驟6所獲得的各控制體的傳熱過程參數，再利用物性計算公式，對各控制體的物性參數更新，并判斷流量計算與傳熱計算是否收斂，若未收斂，進入步驟5繼續計算，若收斂，進入步驟8；