熔融池的换热计算方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种熔融池的换热计算方法、装置及电子设备，涉及核反应堆技术领域，上述熔融池的换热计算方法包括以下步骤：步骤S102，获取熔融池内部沿角度分布的努塞尔数及压力容器的内壁面温度；步骤S104，基于努塞尔数及内壁面温度对氧化层进行换热计算，得到氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度；步骤S106，基于压力容器的内壁面热流密度，对压力容器的下封头进行二维导热计算，得到压力容器的温度场分布；其中，温度场分布包括压力容器的内壁面温度；重复执行上述步骤S102～步骤S106，直至压力容器的内壁面温度收敛。本发明专利技术能够提升熔融池换热计算的合理性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
熔融池的换热计算方法、装置及电子设备
本专利技术涉及核反应堆
，尤其是涉及一种熔融池的换热计算方法、装置及电子设备。
技术介绍
核反应堆是核能利用的核心，反应堆堆芯丧失冷却后，可能导致堆芯材料熔融，如何处理堆芯熔融物，是严重事故缓解措施的关键环节。目前核电站的主要策略为熔融物堆内滞留策略，对于具有完整压力容器下封头结构的反应堆，利用压力容器外部流道冷却技术带走下封头内部熔融物衰变热，保持下封头完整性。目前商用轻水堆严重事故分析中认为下封头中熔融物碎片床不能得到持续冷却，最终会重新熔化形成稳态熔融池。为了提升核能系统的安全性，对于严重事故下压力容器下封头熔融池的换热过程进行模拟，进而制定严重事故缓解措施，缓解、减轻堆芯熔融严重后果是十分必要的。目前的熔融池换热计算方式中，对压力容器的下封头简单保守地采用一维导热，高估了“热聚集”现象，不符合实际情况，不能合理准确评估熔融池热量传递过程。因此，现有的熔融池换热计算方式还存在准确性较低的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种熔融池的换热计算方法、装置及电子设备，能够提升熔融池换热计算的合理性和准确性。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种熔融池的换热计算方法，所述熔融池包括氧化层和金属层，所述熔融池外部设置有压力容器；所述方法包括：步骤S102，获取所述熔融池内部沿角度分布的努塞尔数及所述压力容器的内壁面温度；步骤S104，基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度；步骤S106，基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布；其中，所述温度场分布包括所述压力容器的内壁面温度；重复执行上述步骤S102～步骤S106，直至所述压力容器的内壁面温度收敛。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度的步骤，包括：步骤a，基于所述努塞尔数、所述氧化层的中心温度及第一计算算式，确定所述氧化层内部侧面的热流密度分布；步骤b，基于所述热流密度分布、所述内壁面温度及第二计算算式确定所述氧化层侧面硬壳厚度；步骤c，基于所述氧化层侧面硬壳厚度及第三计算算式确定所述压力容器的内壁面热流密度；步骤d，基于能量守恒定律更新所述氧化层的中心温度；步骤e，重复执行上述步骤a-步骤d，直至所述氧化层的中心温度收敛至预设误差极限，得到所述压力容器的内壁面热流密度。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一计算算式为：其中，Nup,side(θ)为所述氧化层内部侧面沿角度分布的努塞尔数，qp,side(θ)为所述氧化层侧面热流密度分布，kp为氧化层导热率，hp为所述氧化层的高度，Tp,max为所述氧化层的中心温度；Tp,mp为所述氧化层的熔融物熔点；所述第二计算算式为：其中，Tw,in(θ)为所述内壁面温度，Qp为所述氧化层熔融物体积释热率，δcr,side(θ)为所述氧化层侧面硬壳厚度，kcr为氧化层硬壳导热率；所述第三计算算式为：qp,ves(θ)＝qp,side(θ)+Qpδcr,side(θ)其中，qp,ves(θ)为所述压力容器的内壁面热流密度。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述压力容器的外部流道中设置有冷却剂；所述基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布的步骤，包括：建立所述压力容器的下封头导热控制方程；基于所述压力容器的内壁面热流密度及所述冷却剂的温度确定所述导热控制方程的边界条件；基于所述边界条件求解所述导热控制方程，得到所述压力容器的内壁面温度及所述压力容器的外壁面热流密度。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述导热控制方程为：其中，T为温度，cp为比热容，r为半径，k为导热率，ρ为密度，θ为角度。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述边界条件包括第一边界条件和第二边界条件；所述基于所述压力容器的内壁面热流密度及所述冷却剂的温度确定所述导热控制方程的边界条件的步骤，包括：基于所述压力容器的内壁面热流密度确定所述第一边界条件；其中，所述第一边界条件为：qves,in(θ)为所述压力容器的内壁面热流密度；基于所述冷却剂的状态确定所述压力容器外部的对流换热关系式，并根据所述对流换热关系式确定换热系数；根据所述换热系数确定所述第二边界条件；其中，所述第二边界条件为：hves,o(θ)为所述换热系数，Tf(θ)为所述冷却剂的温度，Tves,o(θ)为所述压力容器的外侧温度。进一步，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述基于所述冷却剂的状态确定所述压力容器外部的对流换热关系式的步骤，包括：当所述冷却剂的温度小于等于核态沸腾起始点温度时，将单相水Dittus-Boelter公式作为所述压力容器外部的对流换热关系式；当所述冷却剂的温度大于所述核态沸腾起始点温度，且所述冷却剂流体未达到饱和态时，将过冷核态沸腾修正Chen公式作为所述压力容器外部的对流换热关系式；当所述冷却剂流体为饱和状态，且所述冷却剂的温度小于等于发生临界热流密度时的温度时，或者，当所述冷却剂流体为饱和状态，且所述压力容器外壁面的热流密度大于临界热流密度时，将饱和核态沸腾Chen公式作为所述压力容器外部的对流换热关系式；当所述冷却剂的温度大于所述发生临界热流密度时的温度，且小于等于核态沸腾起始点温度时，基于所述饱和核态沸腾Chen公式和膜态沸腾Berenson公式确定所述压力容器外部的对流换热关系式；当所述冷却剂的温度大于所述膜态沸腾起始点温度时，将所述膜态沸腾Berenson公式作为所述压力容器外部的对流换热关系式。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种熔融池的换热计算装置，所述熔融池包括氧化层和金属层，所述熔融池外部设置有压力容器；所述装置包括：获取模块，用于获取所述熔融池内部沿角度分布的努塞尔数及所述压力容器的内壁面温度；换热计算模块，用于基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度；导热计算模块，用于基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布；其中，所述温度场分布包括所述压力容器的内壁面温度及所述压力容器的外壁面热流密度；迭代计算模块，用于将所述压力容器的内壁面温度输入所述获取模块中，并触发所述获取模块、所述换热计算模块及所述导热计算模块运行，直至所述压力容器的内壁面温度收敛。第三方面，本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括：处理器和存储装置；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融池的换热计算方法，其特征在于，所述熔融池包括氧化层和金属层，所述熔融池外部设置有压力容器；所述方法包括：/n步骤S102，获取所述熔融池内部沿角度分布的努塞尔数及所述压力容器的内壁面温度；/n步骤S104，基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度；/n步骤S106，基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布；其中，所述温度场分布包括所述压力容器的内壁面温度；/n重复执行上述步骤S102～步骤S106，直至所述压力容器的内壁面温度收敛。/n

【技术特征摘要】
1.一种熔融池的换热计算方法，其特征在于，所述熔融池包括氧化层和金属层，所述熔融池外部设置有压力容器；所述方法包括：
步骤S102，获取所述熔融池内部沿角度分布的努塞尔数及所述压力容器的内壁面温度；
步骤S104，基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度；
步骤S106，基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布；其中，所述温度场分布包括所述压力容器的内壁面温度；
重复执行上述步骤S102～步骤S106，直至所述压力容器的内壁面温度收敛。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述努塞尔数及所述内壁面温度对所述氧化层进行换热计算，得到所述氧化层所接触的压力容器的内壁面热流密度的步骤，包括：
步骤a，基于所述努塞尔数、所述氧化层的中心温度及第一计算算式，确定所述氧化层内部侧面的热流密度分布；
步骤b，基于所述热流密度分布、所述内壁面温度及第二计算算式确定所述氧化层侧面硬壳厚度；
步骤c，基于所述氧化层侧面硬壳厚度及第三计算算式确定所述压力容器的内壁面热流密度；
步骤d，基于能量守恒定律更新所述氧化层的中心温度；
步骤e，重复执行上述步骤a-步骤d，直至所述氧化层的中心温度收敛至预设误差极限，得到所述压力容器的内壁面热流密度。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一计算算式为：



其中，Nup，side(θ)为所述氧化层内部侧面沿角度分布的努塞尔数，qp，side(θ)为所述氧化层侧面热流密度分布，kp为氧化层导热率，hp为所述氧化层的高度，Tp，max为所述氧化层的中心温度；Tp，mp为所述氧化层的熔融物熔点；
所述第二计算算式为：



其中，Tw，in(θ)为所述内壁面温度，Qp为所述氧化层熔融物体积释热率，δcr，side(θ)为所述氧化层侧面硬壳厚度，kcr为氧化层硬壳导热率；
所述第三计算算式为：
qp，ves(θ)＝qp，side(θ)+Qpδcr，side(θ)
其中，qp，ves(θ)为所述压力容器的内壁面热流密度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力容器的外部流道中设置有冷却剂；
所述基于所述压力容器的内壁面热流密度，对所述压力容器的下封头进行二维导热计算，得到所述压力容器的温度场分布的步骤，包括：
建立所述压力容器的下封头导热控制方程；
基于所述压力容器的内壁面热流密度及所述冷却剂的温度确定所述导热控制方程的边界条件；
基于所述边界条件求解所述导热控制方程，得到所述压力容器的内壁面温度及所述压力容器的外壁面热流密度。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述导热控制方程为：



其中，T为温度，cp为比热容，r为半径，k为导热率，ρ为密度，θ为角度。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述边界条...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓晶，罗跃建，熊进标，柴翔，张滕飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31