用于模拟核反应堆中容器内流体流动的方法以及用于计算核反应堆堆芯组件的机械形变的方法，以及相关的计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及一种模拟核反应堆的容器内的流体流动的模拟方法。所述反应堆包括堆芯，所述堆芯布置在所述容器内并且提供有用于流体的入口和出口，所述堆芯包括下板、上板以及在所述下板与所述上板之间沿轴向延伸的燃料组件，所述堆芯具有由对应于所述板的第一界面和第二界面沿轴向界定的容积。所述方法包括：分别基于在第一界面和第二界面中的流体的速度或压力的初始值，并且使用质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程，来计算(120、130)针对所述堆芯容积的流体的压力(P)和速度(V)。该方法包括确定(100)所述容器内的附加容积，所述附加容积在所述堆芯容积的外部并且轴向地位于所述堆芯容积的一端处，所述附加容积在轴向上由两个界面来界定，这两个界面之一为第一界面或第二界面；以及基于在所述附加容积的所述界面之一中的速度或压力的初始值并且利用所述方程，来计算(110、140)针对所述附加容积的流体的压力和速度。首先针对所述附加容积和堆芯容积中的第一容积，来完成对尤其在由所述附加容积和堆芯容积共享的界面中的压力和速度的计算，然后针对所述容积中的第二容积来完成对压力和速度的计算，其中，在所述共享的界面处的并且用于第二容积的速度或压力的初始值为在所述界面处针对所述第一容积计算出的速度和压力中变量的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于模拟核反应堆中容器内的流体流动的方法。本专利技术还涉及一种用于计算位于核反应堆容器内的堆芯的至少一个核燃料组件的机械形变的方法。本专利技术还涉及一种用于执行该模拟方法的计算机程序产品，以及用于执行该用于计算机械形变的方法的计算机程序产品。本专利技术适用于具有冷却剂流体的反应堆，尤其是使用冷却的气体或液体(轻水、重水、盐或熔融金属)的反应堆。
技术介绍
下面，本专利技术将就应用于轻水反应堆(例如压水堆，容器内循环的流体是加压的水)的情况进行描述。通常，压水反应堆的核反应堆包括容器和位于容器内的堆芯。该堆芯包括核燃料组件，每个组件优选垂直地，沿轴向延伸。每个组件包括核燃料棒和设计用于保持棒的定位和/或确保冷却剂流体的混合的栅格，并且每个组件通过间隙沿垂直于轴向的横向与另一组件间隔开。每个棒包括容纳核燃料芯块的包壳。流体(诸如加压水)在容器内流动，例如穿过堆芯返回至容器，其中，流体在堆芯中被加热而确保了堆芯的冷却和慢化。这就需要通过计算机尽可能精确地模拟容器内的流体流动，从而例如在反应堆的运行期间，在无需过多计算能力(puissancedecalcul)的同时，改进对堆芯的组件的机械形变的计算。事实上，组件的形变很可能破坏反应堆的运行和性能：控制簇的不完全插入的风险，其中，该控制簇能够调节核反应堆堆芯的反应性；或者控制簇的下落时间的不可接受的增加；堆芯慢化的局部变化的>风险等。在处理期间，例如在对堆芯进行卸载和再次加载以进行维护期间，这些形变增加了燃料组件之间钩住的风险。因此，需要对这些形变进行更好地建模以便解决这些问题，或者至少提供缓解措施。文献KR100957066B1描述了一种通过流体数字力学计算(也称为计算流体动力学(CFD))对核反应堆堆芯建模的方法。堆芯模型基于多孔模型。文献KR100957061B1描述了一种用于核反应堆的安全性分析方法，该方法由压头损失系数实现液压计算。然而，对流体在容器内部流动的模拟并不理想。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种用于模拟反应堆内流体流动的方法以提供更好的流动模型，尤其用于在无需过多计算能力的同时，改进对堆芯组件机械形变的计算。为此，本专利技术涉及一种用于模拟核反应堆的容器内流体流动的方法，所述核反应堆包括容器和位于所述容器内部的堆芯，所述容器包括流体入口孔和流体出口孔，所述堆芯包括下板、上板以及在所述下板和所述上板之间沿轴向延伸的核燃料组件，所述堆芯具有由第一界面和第二界面沿轴向界定的容积，所述第一界面和所述第二界面分别对应于所述下板和所述上板，所述流体能够在所述堆芯内在所述组件之间流动，所述方法包括以下步骤：对于所述堆芯容积，利用所述流体的流体质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程，由所述第一界面中所述流体的速度或压力的初始值以及第二界面中所述流体的速度或压力的初始值，来计算所述流体的压力和所述流体的速度的分量；其中，所述方法进一步包括以下步骤：确定所述容器内的至少一个附加容积，所述附加容积在所述堆芯容积的外部并且位于所述堆芯容积沿轴向的端部之一处，所述附加容积由两个界面沿轴向来界定，所述附加容积的所述两个界面之一是所述第一界面或所述第二界面；对于所述附加容积，利用所述流体的质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程，由在所述附加容积的所述界面之一中的速度或压力的初始值以及在所述附加容积的所述界面的另一界面中的速度或压力的初始值，来计算所述流体的压力和所述流体的速度的分量；以及首先完成对所述附加容积和所述堆芯容积中的第一容积容积完成所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量的计算，并且尤其完成对在所述第一界面和所述第二界面中的由所述附加容积和所述堆芯容积共享的界面的所述流体的压力和所述流体的速度的分量的计算，然后，对所述附加容积和所述堆芯容积中的第二容积计算所述流体的压力和所述流体的速度的分量，则在所述附加容积和所述堆芯容积共享的界面处的用于与所述第二容积相关的计算步骤中的速度或压力的初始值为之前计算出的所述第一容积的所述界面处的速度和压力中对应变量的值。根据本专利技术的其它有益方面，所述模拟方法包括单独考虑的或根据所有的技术上的可能组合来考虑的一个或多个以下特征：质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程分别如下：∂ρ∂t+▿(ρV)=Sm]]>∂(ρV)∂t+▿·(ρV⊗V)=-▿P+▿·τ+ρF+Si]]>∂(ρE)∂t+▿·[(ρE+P)×V)]=▿·(τ·V)+ρF·V-▿·Q+R+Se]]>其中，为一阶空间求导微分算子，P为所述流体的压力，V为包括流体速度的分量的向量，ρ为所述流体的密度，t为时间，τ为粘性应力的张量，F为包括所述流体中所施加的质量力的合力的分量的向量，E为每单位质量的总能量，Q为包括由热传导造成的热量损失的分量的向量，R为由辐射造成的容积热损失，Sm为质量源，Si为动量源，以及Se为能量源；利用之前进行的步骤中计算出的所述第二容积的该界面处的速度和压力中的对应变量的值作为在所述共享的界面处的用于重复进行与所述第一容积相关联的计算步骤的速度或压力的初始值，来重复对于所述第一容积的计算步骤；以及利用之前在重复计算期间计算出的所述第一容积的所述界面处的速度和压力中对应变量的值作为在所述共享的界面处的用于重复进行与所述第二容积相关的计算步骤的速度或压力的初始值，来重复对于所述第二容积的计算步骤；在所述确定步骤期间，确定两个附加容积：沿所述流体的流动方向位于所述堆芯容积上游的上游附加容积，以及沿所述流体的流动方向位于所述堆芯容积下游的下游附加容积；所述堆芯容积的所述第一界面与所述上游附加容积共享，所述堆芯容积的所述第二界面与所述下游附加容积(VolPS)共享；以及通过下列步骤完成对所述流体的压力和所述流体的速度的分量的计算：a)在所述第一界面中，首先对所述上游附加容积和所述堆芯容积中的第一容积完成所述流体的压力和所述流体的速度的分量的计算，然后完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟核反应堆(10)的容器(11)内的流体流动的方法，所述核反应堆(10)包括所述容器(11)和位于所述容器(11)内的堆芯(12)，所述容器(11)包括流体入口孔(39A)和流体出口孔(39B)，所述堆芯(12)包括下板(41A)、上板(41B)以及核燃料组件(40)，所述核燃料组件(40)在所述下板(41A)与所述上板(41B)之间沿轴方向(Z)延伸，所述堆芯(12)具有由第一界面和第二界面沿轴向(Z)界定的容积(VolC)，所述第一界面和所述第二界面分别对应于所述下板和所述上板(41A、41B)，所述流体能够在所述堆芯(12)内在所述组件(40)之间流动，所述方法包括下列步骤：对于所述堆芯容积(VolC)，利用所述流体的流体质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程，由所述第一界面中所述流体的速度(V)或压力(P)的初始值以及所述第二界面中所述流体的速度(V)或压力(P)的初始值，来计算(120、130)所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量；所述方法的特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：确定(100)所述容器(11)内的至少一个附加容积(VolPI、VolPS)，所述附加容积(VolPI、VolPS)在所述堆芯容积(VolC)的外部并且位于所述堆芯容积(VolC)沿轴向(Z)的端部之一处，所述附加容积(VolPI、VolPS)由两个界面沿轴向(Z)来界定，所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述两个界面之一是所述第一界面或所述第二界面；对于所述附加容积(VolPI、VolPS)，利用所述流体的质量平衡方程、动量平衡方程和能量平衡方程，由在所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述界面之一中的速度(V)或压力(P)的初始值以及在所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述界面的另一界面中的速度(V)或压力(P)的初始值，来计算(110、140)所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量；以及首先完成对所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)中的第一容积完成所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量的计算，尤其完成对所述第一界面和所述第二界面中的由所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)共享的界面的所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量的计算，随后，对所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)中的第二容积计算所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量，则在所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)共享的界面处的与所述第二容积相关的计算步骤中的速度(V)或压力(P)的初始值为之前计算出的所述第一容积的所述界面处的速度(V)和压力(P)中对应变量的值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.10 FR 13532481.一种用于模拟核反应堆(10)的容器(11)内的流体流动的方法，所述
核反应堆(10)包括所述容器(11)和位于所述容器(11)内的堆芯(12)，所
述容器(11)包括流体入口孔(39A)和流体出口孔(39B)，所述堆芯(12)
包括下板(41A)、上板(41B)以及核燃料组件(40)，所述核燃料组件(40)
在所述下板(41A)与所述上板(41B)之间沿轴方向(Z)延伸，所述堆芯(12)
具有由第一界面和第二界面沿轴向(Z)界定的容积(VolC)，所述第一界面和
所述第二界面分别对应于所述下板和所述上板(41A、41B)，所述流体能够在
所述堆芯(12)内在所述组件(40)之间流动，
所述方法包括下列步骤：
对于所述堆芯容积(VolC)，利用所述流体的流体质量平衡方程、动量平衡
方程和能量平衡方程，由所述第一界面中所述流体的速度(V)或压力(P)的
初始值以及所述第二界面中所述流体的速度(V)或压力(P)的初始值，来计
算(120、130)所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量；
所述方法的特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
确定(100)所述容器(11)内的至少一个附加容积(VolPI、VolPS)，所述
附加容积(VolPI、VolPS)在所述堆芯容积(VolC)的外部并且位于所述堆芯容
积(VolC)沿轴向(Z)的端部之一处，所述附加容积(VolPI、VolPS)由两个界
面沿轴向(Z)来界定，所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述两个界面之一是
所述第一界面或所述第二界面；
对于所述附加容积(VolPI、VolPS)，利用所述流体的质量平衡方程、动量平
衡方程和能量平衡方程，由在所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述界面之一中
的速度(V)或压力(P)的初始值以及在所述附加容积(VolPI、VolPS)的所述
界面的另一界面中的速度(V)或压力(P)的初始值，来计算(110、140)所
述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量；以及
首先完成对所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)中的第

\t一容积完成所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量的计算，尤其
完成对所述第一界面和所述第二界面中的由所述附加容积(VolPI、VolPS)和所
述堆芯容积(VolC)共享的界面的所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)
的分量的计算，
随后，对所述附加容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)中的第二
容积计算所述流体的压力(P)和所述流体的速度(V)的分量，则在所述附加
容积(VolPI、VolPS)和所述堆芯容积(VolC)共享的界面处的与所述第二容积
相关的计算步骤中的速度(V)或压力(P)的初始值为之前计算出的所述第一
容积的所述界面处的速度(V)和压力(P)中对应变量的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述质量平衡方程、动量平衡方程
和能量平衡方程分别如下：
∂ρ∂t+▿(ρV)=Sm]]>∂(ρV)∂t+▿·(ρV⊗V)=-▿P+▿·τ+ρF+Si]]>∂(ρE)∂t+▿·[(ρE+P)×V)]=▿·(τ·V)+ρF·V-▿·Q+R+Se]]>其中，▽为一阶空间求导微分算子，P为所述流体的压力，V为包括流体速
度的分量的向量，ρ为所述流体的密度，t为时间，τ为粘性应力的张量，F为
包括所述流体中所施加的质量力的合力的分量的向量，E为每单位质量的总能
量，Q为包括由热传导造成的热量损失的分量的向量，R为由辐射造成的容积
热损失，Sm为质量源，Si为动量源，以及Se为能量源。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
利用之前进行的步骤中计算出的所述第二容积的该界面处的速度(V)和
压力(P)中的对应变量的值，作为在所述共享的界面处的用于重复进行与所述
第一容积相关的计算步骤的速度(V)或压力(P)的初始值，来重复进行所述
第一容积的计算步骤；以及
利用之前在重复计算期间计算出的所述第一容积的所述界面处的速度(V)

\t和压力(P)中对应变量的值，作为在所述共享的界面处的用于重复进行与所述
第二容积相关的计算步骤的速度(V)或压力(P)的初始值，来重复进行所述
第二容积的计算步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述确定步骤(100)
期间，确定两个附加容积(VolPI、VolPS)：沿所述流体的流动方向位于所述堆芯
容积(VolC)上游的上游附加容积(VolPI)；以及沿所述流体的流动方向位于所
述堆芯容积(VolC)下游的下游附加容积(VolPS)，所述堆芯容积(VolC)的所
述第一界面与所述上游附加容积(VolPI)共享，所述堆芯容积(VolC)的所述
第二界面与所述下游...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·戈雷奥德，杰里米·加尔平，本杰明·沙佐，于伯特·萨朗，埃洛迪·莫里·德·蒙蒂尼，
申请(专利权)人：阿海珐核能公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR