一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法技术

本发明专利技术公开一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，包括以下步骤：1)设定FCM燃料元件的几何参数；2)对FCM燃料元件进行分层，得到N

【技术实现步骤摘要】
一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法


[0001]本专利技术涉及燃料颗粒随机分布建模领域，具体是一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法。

技术介绍

[0002]全陶瓷微封装(FCM)燃料具有优异的热力性能和耐辐照性能等特性，是新一代燃料概念耐事故燃料(ATF)的重要研究方向。作为一种弥散型燃料元件，FCM燃料元件由基体和大量三层结构各向同性(TRISO)燃料颗粒构成。具体地，FCM燃料元件内由燃料核芯自内而外依次包覆疏松热解碳(Buffer)层、内致密热解碳(IPyC)层、碳化硅(CVD
‑
SiC)层和外致密热解碳(OPyC)层所形成的TRISO燃料颗粒随机弥散在基体中。因此，有必要建立FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布模型，以便更好地模拟核反应堆内FCM燃料元件的行为。
[0003]目前已有的关于FCM燃料元件的建模方法均存在一定局限性。大部分方法未能模拟FCM燃料元件的整体结构及其内TRISO燃料颗粒的随机分布，尽管有方法能够实现对FCM燃料元件的全三维建模，但TRIS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设定FCM燃料元件的所述几何参数。2)对FCM燃料元件进行分层，得到N
′
层FCM燃料元件子区域，并计算每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒数目；3)设置坐标系，并计算各层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒在X、Y方向上的随机分布坐标。4)计算各层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒在Z方向上的随机分布坐标；5)根据随机分布坐标创建FCM燃料元件的几何模型，并运用布尔运算中的差集区分FCM燃料元件和TRISO燃料颗粒，建模结束。2.根据权利要求1所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，所述FCM燃料元件的几何参数包括FCM燃料元件内TRISO燃料颗粒的填充率、FCM燃料元件尺寸、FCM燃料元件中无燃料区宽度、TRISO燃料颗粒的各层半径；所述TRISO燃料颗粒包括五层，分别为核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层。3.根据权利要求1所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，FCM燃料元件的分层数N
′
如下所示：N
′
＝floor(H/(2*r))
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：floor()表示向下取整函数；r表示TRISO燃料颗粒的半径；H表示FCM燃料元件的高度。4.根据权利要求1所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，计算每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒数目的步骤包括：1)计算FCM燃料元件内TRISO燃料颗粒总数N，即：式中，round()表示取整函数；V1表示FCM燃料元件的体积；V2表示一个TRISO燃料颗粒的体积；F表示FCM燃料元件内TRISO燃料颗粒的填充率；R表示FCM燃料元件的半径；r表示TRISO燃料颗粒的半径；H表示FCM燃料元件的高度；2)计算每层FCM燃料元件子区域的层高度h，即：FCM燃料元件分层的层高度的计算公式为：h＝H/N
′ꢀꢀꢀꢀ
(3)3)计算第k层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒数目n
k
，即：n
k
＝n
′
+n
″
k
ꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，k＝1，2，...，N
′
；n
′
表示每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的基础数目；n
″
k
表示第k层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的随机数目；其中，每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的基础数目n
′
如下所示：n
′
＝floor(N/N
′
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，N
′
为FCM燃料元件的分层数。
5.根据权利要求1所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的随机数目n
″
k
的值由剩余TRISO燃料颗粒数目决定；确定每层TRISO燃料颗粒的随机数目的步骤包括：1)计算剩余TRISO燃料颗粒数目m，即：m＝N
‑
n
′
*N
′ꢀꢀꢀꢀ
(6)2)将剩余TRISO燃料颗粒随机且不重复地插入各层FCM燃料元件子区域，步骤包括：2.1)设置每层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的随机数目初始值为0；利用randperm(N
′
，m)表达式在1到N
′
之间直接随机生成一个含m个整数的随机序列τ，1≤τ
i
≤N
′
；i＝1，2，...，m；τ
i
为随机序列τ中的第i个元素；2.2)令第τ
i
层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的随机数目加1。6.根据权利要求1所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，计算各层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒在X、Y方向上的随机分布坐标的步骤包括：1)随机生成第k层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的X坐标和Y坐标；k初始值为1；2)确定第k层FCM燃料元件子区域内每个TRISO燃料颗粒所受合力方向，并计算第k层FCM燃料元件子区域内所有TRISO燃料颗粒的总弹性势能；3)判断总弹性势能是否低于设定阈值，若是，则输出第k层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒的X坐标和Y坐标，进入步骤4)，否则根据第k层FCM燃料元件子区域内每个TRISO燃料颗粒所受合力方向更新对应的X坐标、Y坐标，并返回步骤2)；4)判断层数k＜N
′
是否成立，若是，则令k＝k+1，并返回步骤1)，否则，输出各层FCM燃料元件子区域内TRISO燃料颗粒在X、Y方向上的随机分布坐标。7.根据权利要求6所述的一种FCM燃料元件中TRISO燃料颗粒随机分布的建模方法，其特征在于，第k层FCM燃料元件子区域内第i个TRISO燃料颗粒的球心X坐标和球心Y坐标如下所示：x
k
＝unifrnd(
‑
(R
‑
d
‑
r)，(R
‑
d
‑
r)，[1 n<...

【专利技术属性】
技术研发人员：步珊珊，王某浩，李振中，陈德奇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：