[發明專利]一種用于核電廠瞬態安全分析的兩相流全隱數值方法

在審

• 申請號: 202111501842.1
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114169203A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 茍軍利;樊杰;單建強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/12;G06F17/16;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種用于核電廠瞬態安全分析的兩相流全隱數值方法，其特征在于，包括：

第一步：根據核電廠系統的運行參數和管道結構參數劃分控制體，建立所有控制體兩流體兩相流模型的非線性方程組：

其中，為控制體i的進口邊界i-1/2處的汽相動量方程的殘差形式；為控制體i的進口邊界i-1/2處的液相動量方程的殘差形式；為控制體i的汽相能量方程的殘差形式；控制體i的液相能量方程的殘差形式；控制體i的汽相質量守恒方程的殘差形式；F_P,i控制體i的混合相質量守恒方程的殘差形式；為控制體i的出口邊界i+1/2處的汽相動量方程的殘差形式；為控制體i的出口邊界i+1/2處的液相動量方程的殘差形式；

第二步：對于第n+1個時間步第k個牛頓迭代步建立的非線性方程組，采用JFNK方法進行求解，得到第n+1個時間步所有控制體的汽相內能、液相內能、空泡份額、壓力、汽相速度和液相速度，其中JFNK方法包括：構造預處理矩陣M、Krylov子空間迭代和牛頓迭代。

2.根據權利要求1所述的一種用于核電廠瞬態安全分析的兩相流全隱數值方法，其特征在于，將第一步中所述的兩流體兩相流模型的守恒方程基于交錯網格和時間向后差分、空間一階迎風差分進行離散，得到的控制體i以及出口邊界i+1/2的全隱式離散方程如下：

控制體i的k相能量方程，k＝g表示汽相，k＝l表示液相：

控制體i的汽相質量方程

控制體i的混合相質量方程

控制體i出口邊界i+1/2的k相動量方程：

式中：Δx為控制體長度；Δt為瞬態分析的時間步長；A為控制體截面積；P為控制體壓力；α_k、ρ_k、U_k分別表示k相的體積份額、密度和內能；Γ_i,k、Q_w,k、Q_i,k、E_w,k、E_i,k分別表示k相單位體積的傳質量、控制體與壁面的換熱量、控制體氣液相間換熱量、壁面傳質引起的熱量轉移量、相間傳質引起的熱量轉移量；V_k、F_g,k、F_w,k、F_c,k、F_i,k、M_k分別表示k相的速度、壁面重力、壁面摩擦力、局部阻力、相間摩擦力、傳質引起的動量轉移量；等控制體邊界的量通過一階迎風差分賦值；k＝g表示汽相，k＝l表示液相。

3.根據權利要求1所述的一種用于核電廠瞬態安全分析的兩相流全隱數值方法，其特征在于，該方法第二步中首先將第一步所建立的非線性方程組線性化：

J(x^k)·δx^k＝-F(x^k)

其中，J(x^k)為第k次牛頓迭代的雅克比矩陣，δx^k為第k次牛頓迭代的求解變量增量，F(x^k)為第k次牛頓迭代的非線性方程組，x^k為第k次牛頓迭代的自變量

其中，為第k次牛頓迭代控制體i的進口邊界i-1/2處的汽相速度；為第k次牛頓迭代控制體i的進口邊界i-1/2處的液相速度；為第k次牛頓迭代控制體i的汽相內能；為第k次牛頓迭代控制體i的液相內能；為第k次牛頓迭代控制體i的汽相空泡份額；P_i^k為第k次牛頓迭代控制體i的壓力；為第k次牛頓迭代控制體i的出口邊界i+1/2處的汽相速度；為第k次牛頓迭代控制體i的出口邊界i+1/2處的液相速度。