[發明專利]建立鈉冷快堆堆芯解體事故精細熱工水力計算模型的方法

在審

• 申請號: 202210407443.7
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114757122A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 章靜;張譽川;王明軍;巫英偉;蘇光輝;秋穗正;田文喜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08;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

1.一種建立鈉冷快堆堆芯解體事故精細熱工水力計算模型的方法，其特征在于：以冷卻劑沖擊鈉冷快堆容器頂蓋致密封失效從而泄放的現象為背景，改進移動粒子半隱式方法、針對容器頂蓋整體大尺度結構和密封構件局部精細結構進行三維固體域建模，建立一套適用于寬參數范圍的兩相泄放熱工水力機理模型，以獲得沖擊及泄放過程關鍵熱工水力參數影響規律，從而能夠為評估鈉冷快堆容器安全性能及反應堆結構優化設計奠定理論基礎；

該方法包含以下步驟：

步驟1：基于二維單相移動粒子半隱式法MPS，建立池式鈉冷快堆反應堆幾何模型，該模型包括池式鈉冷快堆堆芯內冷卻劑流動區域、壓力容器內壁面與外壁面、頂部屏蔽蓋與堆芯內冷卻劑；

步驟2：在步驟1的基礎上修正MPS表面張力模型并根據表面張力確定氣相界面瞬變特征，然后重置粒子布置，通過在歐拉坐標系內構建局部節點無網格對流格式，沿流動方向生成一維局部節點并通過插值法獲取下一時層物理參數，同時限制高階對流格式參數極值以穩定計算結果；

步驟3：對初始及過渡階段堆芯熔化及汽化行為開展簡化模擬，考慮堆芯熔融再分布及多普勒效應，確定堆芯氣腔膨脹初始狀態條件；然后對堆芯熔融氣腔、堆芯熔融氣腔周圍和上方液態鈉以及覆蓋鈉池的惰性氣體腔室建立三維流體域模型，該模型包括鈉冷快堆容器側壁及頂蓋壁面、中心測量柱、泵、熱交換器；最后開展數值計算，以獲得膨脹高壓下冷卻劑沖擊中液態金屬鈉-氬氣兩相流體的三維溫壓場、速度場及相態分布特征，精細捕捉流場中相界面瞬態行為；

步驟4：根據沖擊過程的兩相流體三維溫壓場與速度場的瞬變特性，開展堆容器結構機械性能分析，分別針對堆容器頂蓋整體大尺度結構和密封構件局部精細結構進行三維固體域建模，實現沖擊過程中多物理場應力載荷下的流固耦合研究；

步驟5：考慮密封失效形成的冷卻劑泄放間隙局部流體域，進行鈉池尺度-窄隙通道的跨尺度兩相流體熱工水力特性的迭代更新，建立耦合面位移模型并實現物理參數相互傳遞與先進差值耦合計算；

步驟6：在考慮多重兩相流態與復雜間隙形貌等因素情況下，建立連續表面張力模型、組分輸運模型與熱傳導模型，通過體積函數模型、初級破碎模型與離散相模型的耦合求解，對窄隙泄放過程進行三維兩相數值模擬；

步驟7：在窄隙泄放過程數值分析基礎上，建立一套適用于寬參數范圍的兩相泄放熱工水力機理模型，采用數值分析結果校驗兩相泄放熱工水力機理模型并開展多重因素下的泄放率預測研究；將兩相泄放熱工水力機理模型計算結果傳遞給沖擊三維流場計算域以實現同一時層下沖擊-泄放流體域跨尺度耦合，最終獲得窄隙熱工水力機理模型和泄放率預測。