一种铅铋快堆堆芯热工水力特性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种铅铋快堆堆芯热工水力特性分析方法，步骤如下：1、建立冷却剂流动换热特性分析模型；2、建立盒间流流动换热特性分析模型；3、建立燃料棒热工特性分析模型；4、建立多流场流固耦合换热模型；5、建立多流场流固耦合求解方法。本方法对铅铋快堆堆芯内的定位格架以及棒束结构进行了简化，并且在计算过程中考虑了组件盒及盒间流对组件内部冷却剂的物理量的影响；通过对盒间流及绕丝的简化，可以精确计算盒间流温度分布、燃料棒温度分布和冷却剂流场和温度场，同时大幅降低了计算资源的消耗，提高了运算速度，对铅铋快堆全堆芯热工水利特性分析在实际工程运用中提供了一种高效、准确的新型计算流体力学数值模拟方法。准确的新型计算流体力学数值模拟方法。准确的新型计算流体力学数值模拟方法。

【技术实现步骤摘要】
一种铅铋快堆堆芯热工水力特性分析方法


[0001]本专利技术属于核反应堆安全分析
，具体涉及一种铅铋快堆在正常运行及事故工况下的反应堆堆芯热工水力特性分析方法。

技术介绍

[0002]反应堆堆芯作为核电厂系统中的核心部件，其内部冷却剂和燃料棒的温度分布对于反应堆安全来说至关重要。铅铋快堆堆芯不同于传统轻水堆，由铅铋合金作为冷却剂，棒束通常以正三角形或矩形的形式排列在六边形的组件盒内，组件盒与相邻组件盒之间有狭小的缝隙，其间有冷却剂流动。盒间流在发生事故工况下发挥着很大作用，尤其是在非能动衰变热排除和由于堵塞造成的冷却剂缺少等工况下，盒间流通过对流换热和组件盒壁导热带走盒内多余的热量。铅铋反应堆堆芯内棒束排列紧凑，并有绕丝缠绕在燃料棒上对其进行固定，绕丝的存在也加剧了冷却剂子通道间的搅混效应，因此造成了堆芯内流动和传热特性的复杂化，对堆芯建模和数值分析模拟造成了较大的困难。
[0003]盒间流目前应用于快中子反应堆组件内冷却剂的热工水利分析程序中，子通道程序建模复杂，边界需要人为标记，且通常不考虑盒间流效应，无法高效的实现全堆芯的模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅铋快堆堆芯热工水力特性分析方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1：运用网格划分软件对铅铋快堆堆芯的三维几何模型进行控制体划分，形成铅铋快堆堆芯的网格模型，具体分为如下步骤：步骤1
‑
1：建立铅铋快堆堆芯计算域的三维几何模型，通过对三维几何模型中的燃料棒、绕丝、燃料组件盒、盒间流以及其他部件进行简化，将三维几何模型简化为一个蜂窝状的由多个正六棱柱的流体域组成的计算模型；步骤1
‑
2：对步骤1中的计算模型进行单独的网格划分，通过网格划分软件的正三棱柱网格划分功能将计算模型划分为多个体积相等的正三棱柱控制体；步骤2：根据燃料棒、组件盒璧及盒间流的分布，分别针对不同的正三棱柱控制体建立堆芯内冷却剂流动换热特性分析模型，具体步骤如下：步骤2
‑
1：求解冷却剂的质量、动量和能量守恒方程，得到铅铋快堆堆芯内部流体域内的速度场与温度场分布，从而确定盒间流对反应堆内部流动换热特性的影响；具体地，冷却剂质量守恒方程为：其中ρ为冷却剂密度/kg
·
m
‑3，为冷却剂流速/m
·
s
‑1，t为流动时间/s；冷却剂动量守恒方程为：其中p为冷却剂压力/Pa，μ为冷却剂动力粘性系数/Pa
·
s，代表的是湍流搅混引起的相邻通道间的动量交换，g为重力加速度/m
·
s
‑2，为棒束及绕丝结构引入的动量源项；冷却剂能量守恒方程为：其中h为冷却剂焓/J，代表的是湍流搅混引起的相邻通道间的能量交换，S
E
为燃料棒表面换热、盒璧传热以及盒间流对流换热引入的能量源项；步骤2
‑
2：对于不同的正三棱柱控制体，将对应的控制体体积和控制体边界面的面积进行修正后得到真实的冷却剂通道内的流动换热特性，对物理量在控制体P中的控制方程进行离散得到物理量在冷却剂通道内的离散方程：上式为控制方程的差分形式，其代表的物理意义为：在某个时间间隔内，控制体P内物理量的增量等于同一时间间隔内由于冷却剂对流和扩散作用而导致的通过冷却剂通道交界面进入到通道内的物理量的净值与源项产生的物理量的总和，其中V
′
P
为修正后的
控制体体积/m3，为在修正后的控制体表面积，为物理量在n时刻的值，为n时刻物理量在f面上的值，为物理量的扩散系数，为n时刻物理量在f面上的梯度，为源项，该离散方程适用于任意一个有限体积控制体；步骤2
‑
3：在真实的反应堆堆芯中，相邻组件盒之间存在狭窄的缝隙并有冷却剂流动，盒间流能在冷却剂缺少的工况下协助组件换热；在划分控制体时，将组件盒相邻的网格划分出来并通过盒间流流动换热特性分析模型求得盒间流对相邻组件盒传递的热量，具体如下：式中：等号左边表示在i节点储存的热量，等号右边第一项和第二项为控制体P和N传入节点的热量，第三项为节点i向下一个节点传递的热量，其中C
p
为冷却剂的比热容/J
·
kg
‑1·
K
‑1，为在n时刻时i点的盒间流温度/K，为在n时刻的前一时间步时i点的盒间流温度/K，R
P
表示盒间流中心点到控制体P体心间的热阻/K
·
W
‑1，和分别表示在n
‑
1时刻盒间流相邻的两个控制体N和P内的温度/K，A
IWF
为盒间流通道的横截面积/m3，为n
‑
1时刻沿轴向的下一个节点的盒间流温度/K；R
P
和R
N
分别表示盒间流中心点与控制体P和N之间的热阻/W
·
K
‑1：：其中k
w
为墙壁的导热系数/W
·
m
‑1·
K
‑1，L
w
为墙壁厚度/m，h
N
和h
P
分别为相邻的两个控制体N和P盒璧内表面的对流换热系数，h
IWF
为盒璧外表面的对流换热系数/W
·
m
‑2·
K
‑1，A
w
为墙壁的换热面积/m2；步骤3：燃料棒热工特性分析模型包含燃料棒包壳表面对流换热模型和燃料棒内部导热模型，具体建立步骤如下：步骤3
‑
1：建立燃料棒包壳表面对流换热模型并提出如下假设：
①
反应堆燃料棒及控制棒结构均匀地分布在堆芯中；
②
单个控制体内燃料棒几何结构不发生剧烈变化；
③
单个控制体内所有燃料棒具有相同的热工状态；
④
单个控制体内所有燃料棒具有相同的几何特性且已知；燃料棒与逐个流体域进行传热，传热由下式计算：Q
T
＝h
T
A
T
(T
f
‑
T
r
)其中h
T...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明军，秋涵瑞，刘凯，章静，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：