[發明專利]一種小型模塊化超級安全氣冷堆物理熱工耦合分析方法

在審

• 申請號: 202111661576.9
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114330169A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 陳思遠;王成龍;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種小型模塊化超級安全氣冷堆物理熱工耦合分析方法，步驟如下：1、劃分控制體，輸入小型模塊化超級安全氣冷堆的結構參數和邊界條件，給定不同控制體的群常數，設定計算時間和時間步長。2、堆芯初始化計算，得到零時刻的初始值。3、采用PIMPLE算法，計算得到當前t時刻的堆芯功率分布、流場、溫度場和壓力場。4、在求解每個方程前，計算初始殘差，若小于用戶設定的公差，則方程不進行求解。當所有方程的初始殘差小于公差時，采用PIMPLE進行下一時刻的計算，直到設定的總計算時間，計算停止。本發明可以快速分析小型模塊化超級安全氣冷堆堆芯的穩態熱工水力特性及事故工況下的瞬態響應特性，為氣冷堆的設計及安全特性分析提供建議與指導。

技術領域

本發明涉及高溫氣冷堆技術領域，具體涉及一種小型模塊化超級安全氣冷堆的物理熱工耦合分析方法。

背景技術

高溫氣冷堆技術采用氦氣冷卻劑，石墨慢化劑及全陶瓷包覆顆粒燃料元件，反應堆出口溫度可以達到700～1000℃。最新一代的高溫氣冷堆稱為“模塊式高溫氣冷堆”，它是1979年三里島核事故后世界核能界為革新性地改進核能安全而提出的新概念。這種反應堆的核心思想是采用熱功率200～600MWt之間的比較小的反應堆模塊，利用包覆顆粒燃料元件所能達到的優異耐高溫性能，在不需要任何應急冷卻的條件下，反應堆都能夠自然散熱，從而消除堆芯熔化的可能性。安全性是模塊式高溫氣冷堆的突出特點之一。

模塊式高溫氣冷堆的另一個重要特點是高溫。它的一個重要用途是高效率發電以及熱電聯產。在反應堆出口溫度達到700～750℃的條件下，可以結合在反應堆二回路的蒸汽循環，實現亞臨界、超臨界以及超超臨界發電，效率達到40～48％。可以通過汽輪機抽汽，實現熱電聯產，用于100～400℃不同參數的工業和民用供熱市場。

在反應堆結構和材料基本不變的情況下，進一步提高高溫氣冷堆的出口溫度，使其達到800～1000℃，可以用于更高溫度的核能熱利用。其中，最有吸引力的是熱分解水制氫，大幅度拓寬核能的應用范圍。氫作為一種重要的工業原料，除了合成氨、合成甲醇、石油精煉等傳統用途外，氫氣在冶金、煤液化以及氣化等領域得到了大規模應用。氫還是未來理想的二次能源或能源載體，例如，氫可以通過燃料電池技術的使用推動交通能源的升級。高溫氣冷堆被認為是最適合用于制氫的核能技術。

小型模塊化超級安全氣冷堆是模塊式高溫氣冷堆的進一步小型化，具有方便靈活的特點，建造工期短、適用范圍廣。要研發小型模塊化超級安全氣冷堆，必須首先對其中的關鍵問題進行研究，而堆芯物理熱工耦合特性就是小型模塊化超級安全氣冷堆設計過程中亟需解決的問題之一。

小型模塊化超級安全氣冷堆堆芯在高溫環境下，堆內氦氣、核燃料材料、結構材料的中子反應截面數據以及物性數據都受溫度的影響較大，堆芯物理和熱工之間存在強烈的反饋過程。小型模塊化超級安全氣冷堆中流動換熱過程容易演變成為具有多尺度特征的中子動力學、導熱、對流、輻射多物理場強耦合的非平衡流動。多物理場耦合分析在堆芯參數分析計算、安全性能評估中占據非常關鍵的地位。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型模塊化超級安全氣冷堆物理熱工耦合分析方法，該方法針對小型模塊化超級安全氣冷堆的結構特點，通過穩態熱工水力計算，對堆芯的設計進行優化，對一些關鍵參數進行敏感性分析；通過瞬態計算，分析堆芯在一些典型事故工況下的響應特性，評估其安全性，為小型模塊化超級安全氣冷堆的設計及安全特性分析提供建議與指導。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實施：

一種小型模塊化超級安全氣冷堆物理熱工耦合分析方法，步驟如下：

步驟1：將小型模塊化超級安全氣冷堆的堆芯根據不同組件以及不同功能劃分為若干控制體；輸入小型模塊化超級安全氣冷堆的結構幾何參數和邊界條件，給定不同控制體的群常數，設定計算時間和時間步長；