用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法制造方法及图纸

本发明专利技术是一种用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法，包括：建立自然循环式非能动安全系统、初始流速优化、最小流速限值标准、设计交互参数自适应收敛判据、构建自适应收敛标准函数。采用自然循环系统的驱动压头和总阻力压降间的定量关系优化初始流速；提出单相条件下的初始流速最小限值；将一维和三维程序的交互参数的极差作为三维程序计算是否达到稳定或接近稳定态的判据，并基于耦合流速构建极差的收敛标准函数。根据一维和三维程序的交互流速对收敛标准进行自适应更新，实现耦合程序收敛至精确值。具有科学合理，自适应能力强，应用价值高等优点。特别适用于分析堆芯等复杂热源的自然循环系统的流动和换热特性。换热特性。换热特性。

【技术实现步骤摘要】
用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法


[0001]本专利技术涉及核反应堆热工水力数值计算领域，是一种用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法，特别适用于核反应堆等复杂热源在自然循环条件下的流动和换热特性的定量分析。

技术介绍

[0002]随着核电技术的不断发展，以自然循环为主的先进非能动安全技术应用于小型堆，用来提升小型堆的安全性能。因此，研究基于自然循环式的非能动安全系统的流动和传热特性对核动力系统的安全设计至关重要。本领域针对自然循环系统流动和传热特性的研究主要采用基于集总参数法的一维分析程序，该程序具有计算流速快、参数调节灵活等优点。然而，对于具有复杂结构的热源如反应堆堆芯和列管式换热器，其内部存在显著的三维流动特征，如二次流、涡流等。因此，采用传统一维分析程序无法模拟其内部复杂的三维流场。同时，如果仅采用三维程序对整个自然循环系统模拟则需要庞大的网格量，时间成本极高。因此，本专利技术结合一维用户程序和三维程序软件的优点，开发了一维用户程序和三维程序的自适应耦合计算方法，实现了对具有复杂结构热源的非能动安全系统的快速和准确模拟，可为研究人员提供极具价值的研究工具。
[0003]在现有的文献中，针对一维程序和三维程序自适应耦合的研究很少，其中张银星等提出一维用户程序和三维程序STAR
‑
CCM+的多尺度耦合方法(张银星,高璞珍,何晓强,等.STAR
‑
CCM+与一维用户程序耦合方法[J].哈尔滨工程大学学报,2020,41(11):1669/>‑
1674.)。该方法讲述了一维用户程序和三维程序STAR
‑
CCM+的数据交互方法。该方法通过STAR
‑
CCM+预设固定迭代步数，使其计算参数稳定，然后与一维用户程序进行数据交互。然而，实际应用中发现，当固定迭代步数选取过大时，会导致耦合收敛的时间显著增加。当固定迭代步数选取过小时，交互参数未达到稳态或接近稳态，数据交互会导致耦合程序计算发散。此外，该方法中对一维用户程序初始流速的设置具有较高的要求，仅当初始流速与实际工况下自然循环流速稳定值的偏差较小时，耦合计算才能收敛。综上分析可知，采用固定迭代步的一维和三维多尺度耦合方法具有自适应差、初始流速影响耦合程序的收敛能力和依赖实验经验的不足。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术基于固定迭代步的一维和三维程序耦合方法的局限性，本专利技术的目的是，提出一种科学合理，自适应能力强，应用价值高的用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法，本专利技术的方法能够实现任意初始流速下一维和三维耦合程序的快速、准确收敛，同时也能够用于计算分析含其他复杂热源的自然循环系统流动和传热特性。
[0005]实现本专利技术目的采用的技术方案是，一种用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法，其特征是，它包括以下步骤：
[0006]1)建立自然循环式非能动安全系统的第一管路、第二管路和第三管路的一维流动
阻力与换热计算程序和堆芯的三维流动与换热计算程序；
[0007]2)设初速流速为v
i
，并将v
i
作为三维计算程序的入口流速边界条件，采用三维程序计算堆芯的压降ΔP和出口温度T
out
；
[0008]3)计算三维程序得到的出口温度T
out
的收敛标准T
cr
和压降ΔP
re
的收敛标准ΔP
cr
，将三维程序计算的堆芯出口温度T
out
和堆芯压降ΔP
re
的极差作为参数收敛判据，具体为|T
out,n+I
‑
T
out,I
|＜T
cr
且|ΔP
re,n+I
‑
ΔP
re.I
|＜ΔP
cr
，I为三维程序迭代步，n为间隔迭步数，T
cr
和ΔP
cr
为收敛标准；
[0009]4)当出口温度T
out
和压降ΔP
re
的极差分别小于收敛标准T
cr
和ΔP
cr
，将三维程序计算的出口温度T
out
和压降ΔP
re
传递给一维计算程序，并计算驱动压头ΔP
d
和总阻力压降ΔP
z
；
[0010]5)当ΔP
d
≤ΔP
z
/2时，对初始流速v
i
进行优化，根据驱动压头ΔP
d
和总阻力压降ΔP
z
的大小，对初始流速v
i
进行优化，具体优化方法为：
[0011]对于两相工况计算，当|(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)|＜0.5时，v
i
＝v
i
[1+(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)]；当|(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)|≥0.5时，v
i
＝0.5v
i
。
[0012]对于单相工况计算，采用流速限值v
i,min
限定初始流速最小取值，根据热平衡关系式Q＝ρvAc
p,ave
ΔT，Q为堆芯功率，ρ为堆芯入口密度，A为流通面积，c
p,ave
为堆芯平均定压比容，ΔT为堆芯进出口温差，采用运行压力下的饱和温度T
sat
减去堆芯入口温度T
in
获得最大温差项ΔT，基于最大温差项ΔT，获得初始流速的最小值表达式v
i,min
＝Q/[ρAc
p,ave
(T
sat
‑
T
in
)]，并返回步骤3)，当ΔP
d
＞ΔP
z
/2，根据式v
i+1
＝v
i
[1+(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)]，获得更新后的流速v
i+1
；
[0013]6)根据流速v
i
和v
i+1
更新步骤4)中的收敛标准，根据交互流速建立自适应收敛标准表达式，具体为T
cr
＝ε
t
|v
i+1
‑
v
i
|/max(v
i+1
,v
i
)，Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法，其特征是，它包括以下步骤：1)建立自然循环式非能动安全系统的第一管路、第二管路和第三管路的一维流动阻力与换热计算程序和堆芯的三维流动与换热计算程序；2)设初速流速为v
i
，并将v
i
作为三维计算程序的入口流速边界条件，采用三维程序计算堆芯的压降ΔP和出口温度T
out
；3)计算三维程序得到的出口温度T
out
的收敛标准T
cr
和压降ΔP
re
的收敛标准ΔP
cr
，将三维程序计算的堆芯出口温度T
out
和堆芯压降ΔP
re
的极差作为参数收敛判据，具体为|T
out,n+I
‑
T
out,I
|＜T
cr
且|ΔP
re,n+I
‑
ΔP
re.I
|＜ΔP
cr
，I为三维程序迭代步，n为间隔迭步数，T
cr
和ΔP
cr
为收敛标准；4)当出口温度T
out
和压降ΔP
re
的极差分别小于收敛标准T
cr
和ΔP
cr
，将三维程序计算的出口温度T
out
和压降ΔP
re
传递给一维计算程序，并计算驱动压头ΔP
d
和总阻力压降ΔP
z
；5)当ΔP
d
≤ΔP
z
/2时，对初始流速v
i
进行优化，根据驱动压头ΔP
d
和总阻力压降ΔP
z
的大小，对初始流速v
i
进行优化，具体优化方法为：对于两相工况计算，当|(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)|＜0.5时，v
i
＝v
i
[1+(ΔP
d
‑
ΔP
z
)/(ΔP
d
+ΔP
z
)]；当|(ΔP
d
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建闯，蔡伟华，李智明，张文超，李伟超，侯延栋，杜立鹏，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：