池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法，包括如下步骤：针对关键几何部件的复杂区域进行局部精细化模拟获取多孔介质参数；针对堆本体关键几何部件进行几何简化建立非能动余热排出系统三维模块；针对三维模块划分网格；结合局部精细化模拟化获得多孔介质参数对三维模块进行参数设置；针对非能动余热排出系统的堆外回路采用用户自定义函数建立一维系统模块；在CFD软件中进行三维模块和一维系统模块的稳态调试；在稳态调试调试后，进行钠冷快堆非能动余热排出系统的瞬态计算。本发明专利技术在现有CFD软件的基础上，借助用户自定义函数开发堆外回路内耦合模块，从而实现精确计算事故工况下非能动余热排除系统投入使用后，池式钠冷快堆的自然循环下的热工水力特性。

Cross dimensional coupling calculation method for passive residual heat removal system of pool type sodium cooled fast reactor

【技术实现步骤摘要】
池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法
本专利技术属于池式钠冷快堆领域，具体涉及到事故工况下，池式钠冷快堆的非能动余热排出系统的跨维度耦合计算方法。
技术介绍
池式钠冷快堆因其独特的设计理念以及系统布置方式导致堆本体内部的热工水力现象与常规核动力系统不同，具备明显的三维流动特征，给其安全特性的研究与计算带来了困难，例如：考虑盒间流效应的全堆芯三维热工水力特性，尤其是瞬态事故工况下的堆芯余热排出能力；由强迫循环到过渡阶段直至自然循环建立过程中，热池内复杂的三维流场和温度场变化，尤其是热分层现象中高的温度梯度引起的重要构件热应力和疲劳。与此同时，堆外回路则是由多段长直管道与弯管和热交换器连接而成的闭合回路，又具备明显的一维流动特征。此外，为提高池式钠冷快堆的固有安全性，其安全系统采用了非能动余热排出系统，依靠自然循环带走堆芯衰变热。自然循环下，各部件的流动与换热相互依赖和影响，堆本体内是一个有机的整体，不能简单将堆本体内各部件割裂开进行计算。现有的系统程序如SAS4A、THACS、ATHLET等针对池式钠冷快堆的建模，多是基于一维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：针对池式钠冷快堆堆本体内部分关键几何部件的复杂区域，不做几何简化，进行局部精细化三维水力学CFD模拟，计算不同流速下的复杂区域内的总压降，并将不同流速下的总压降值拟合成二次项形式；通过拟合后的流速-总压降二次项的系数计算多孔介质粘性阻力系数和惯性阻力系数；所述部分关键几何部件的复杂区域包括堆芯内组件的绕丝棒束区、中间热交换器传热区、独立热交换器传热区、钢套屏蔽多层钢板区和生物屏蔽柱屏蔽束区；/n步骤2：针对池式钠冷快堆堆本体内关键几何部件进行相应的几何简化，建立非能动余热排出系统的三维模块，所述堆本...

【技术特征摘要】
1.一种池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：针对池式钠冷快堆堆本体内部分关键几何部件的复杂区域，不做几何简化，进行局部精细化三维水力学CFD模拟，计算不同流速下的复杂区域内的总压降，并将不同流速下的总压降值拟合成二次项形式；通过拟合后的流速-总压降二次项的系数计算多孔介质粘性阻力系数和惯性阻力系数；所述部分关键几何部件的复杂区域包括堆芯内组件的绕丝棒束区、中间热交换器传热区、独立热交换器传热区、钢套屏蔽多层钢板区和生物屏蔽柱屏蔽束区；
步骤2：针对池式钠冷快堆堆本体内关键几何部件进行相应的几何简化，建立非能动余热排出系统的三维模块，所述堆本体内关键几何部件包含有堆芯、中间热交换器、独立热交换器、主泵、冷池、热池、中心测量柱、钢套屏蔽柱、生物屏蔽柱、水平热屏蔽、高压管和栅板联箱；
步骤3：针对步骤2中三维模块采用网格划分软件进行网格划分，建立相应的三维模块网格模型；
步骤4：将步骤3中的三维模块网格模型导入到CFD软件中，并在CFD软件中设定三维模块的参数，具体步骤如下：
步骤4-1：根据池式钠冷快堆堆芯内各组件设计功率对堆芯内每一盒组件设置能量源项，利用CFD软件中的用户自定义函数获取堆芯内各组件网格控制体的z坐标，按照z坐标将堆芯内各组件沿轴向标记为进口区、出口区，绕丝棒束区三个分区类型，并采用CFD软件中的用户自定义函数按照堆芯内各组件分区类型分别给定多孔介质参数中的粘性阻力系数和惯性阻力系数，具体三个分区的参数设置如下：
a)进口区粘性阻力系数初始指定为0，惯性阻力系数初始指定为0，后续在步骤6中按照设计结果调整；
b)出口区粘性阻力系数指定为0，惯性阻力系数指定为0，并在计算过程中保持不变；
c)绕丝棒束区粘性阻力系数指定为步骤1中通过局部精细化三维水力学CFD模拟堆芯内组件的绕丝棒束区获得的粘性阻力系数，惯性阻力系数指定为步骤1中通过局部精细化三维水力学CFD模拟堆芯组件的绕丝棒束区获得的粘性阻力系数，并在整个耦合计算过程中保持不变；
步骤4-2：中间热交换器内的多孔介质参数中的粘性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维化水力学CFD模拟中间热交换器传热区获得的粘性阻力系数，惯性阻力系数设置为步骤1中通过局部精细化三维水力学CFD模拟中间热交换器传热区获得的惯性阻力系数，并在整个耦合计算过程中保持不变；按照中间热交换器功率设定能量源项；
步骤4-3：独立热交换器内的多孔介质参数中粘性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟独立热交换器传热区获得的粘性阻力系数，惯性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟独立热交换器传热区获得的惯性阻力系数，并在整个耦合计算过程中保持不变；按照独立热交换器功率设定能量源项；
步骤4-4：生物屏蔽柱内的多孔介质参数粘性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟生物屏蔽柱屏蔽束区获得的粘性阻力系数，惯性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟生物屏蔽柱屏蔽束区获得的惯性阻力系数；
步骤4-5：钢套屏蔽柱内的多孔介质参数粘性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟钢套屏蔽多层钢板区获得的粘性阻力系数，惯性阻力系数设置为步骤1中的通过局部精细化三维水力学CFD模拟钢套屏蔽多层钢板区获得的惯性阻力系数；
步骤4-6：主泵出口面设置为风扇面边界条件，按照主泵扬程给定边界条件；
步骤5：针对池式钠冷快堆的堆外回路关键部件不直接进行实体几何建模，而是利用CFD软件中的用户自定义函数将堆外回路关键部件简化为一维系统模型，并根据池式钠冷快堆堆外回路实际组成，将一维系统模型构建成非能动余热排出系统的一维系统模块，通过一维系统模块进行非能动余热排出系统堆外回路关键部件的相关计算；所述堆外回路关键部件包括独立热交换器、空气热交换器和管道；
步骤6：在CFD软件中进行三维模块和一维系统模块稳态调试，并利用CFD软件中的用户自定义函数根据计算流量与设计流量的偏差，调整步骤4-1中的堆芯内各组件进口区多孔介质参数，调试完成后进入步骤7；
步骤7：将步骤6稳态调试完成后的结果作为t0时刻，并移除步骤6中的CFD软件中的用户自定义函数后，进行池式钠冷快堆非能动余排系统跨维度耦合瞬态计算，具体步骤如下：
步骤7-1：tn...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，周磊，王心安，王式保，秋穗正，田文喜，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61