一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法及系统，首先将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，将喷淋液滴按直径分为若干尺寸。然后基于单液滴收集颗粒理论依次求解各尺寸液滴对各区段气溶胶的惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率，通过整合五种收集效率得到该尺寸液滴对各区段气溶胶的去除量。最后结合安全壳喷淋去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。本发明专利技术能够精确分析压水堆严重事故安全壳喷淋去除气溶胶过程，解决了现有去除模型模拟精度较差，考虑因素较少，可信度较低等问题。等问题。等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法及系统


[0001]本专利技术属于压水堆严重事故分析
，具体涉及一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法及系统。

技术介绍

[0002]核安全是核能发展和应用的生命线。防止放射性源项的泄漏一直是反应堆安全和后果分析的主要关注点。在压水堆严重事故过程中，反应堆堆芯降级导致裂变产物释放到压力容器中，可能通过主回路破口排放到安全壳。如果安全壳因超压而失效，裂变产物将被释放到环境中，导致放射性污染。气溶胶是假定事故期间安全壳中释放的裂变产物的重要形式之一。核电站采用安全壳喷淋系统作为一种严重事故缓解措施，以便降低安全壳大气的压力和清洗气相悬浮的放射性气溶胶颗粒。因此，安全壳喷淋去除气溶胶成为严重事故安全壳气溶胶分析的重要现象，研究严重事故中安全壳喷淋对放射性气溶胶颗粒的去除机理和清洗效率具有重要意义。
[0003]国内外已经开展了许多与核电厂安全壳气溶胶去除行为相关的实验研究和计算分析。在计算分析方面，国际上广泛使用的一体化严重事故分析程序，例如MAAP(Modular Accident Analysis Program)、MELCOR(Methods for Estimation of Leakages and Consequences Of Release)和ASTEC(Accident Source Term Evaluation Code)，包含了喷淋去除模型。这些模型存在不同程度的缺陷，例如MELCOR喷淋模型不考虑热泳收集效率，计算布朗扩散收集效率先减小后增大，不符合单液滴收集机理，大大低估了气溶胶惯性碰撞和拦截收集效率，导致计算的喷淋去除常数误差较大。这些缺陷使得模拟精度较差，可信度较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法及系统，用于解决模拟安全壳喷淋去除常数精度差和可信度低的技术问题，为评估压水堆严重事故安全壳喷淋去除气溶胶以及事故源项分析提供参考。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，将喷淋液滴按直径分为若干尺寸；基于单液滴收集颗粒理论依次确定各尺寸液滴对各区段气溶胶的惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率，整合惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率得到对应尺寸液滴对各区段气溶胶的去除量；利用得到的安全壳喷淋去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0007]具体的，惯性碰撞收集效率ε
Im
具体为：
[0008][0009]其中，Stk为斯托克斯数。
[0010]具体的，拦截收集效率ε
In
具体为：
[0011][0012]其中，I＝r
p
/r
d
，α
L
为填充密度；σ为液滴和气体粘度之比，r
p
为颗粒半径，r
d
为液滴半径。
[0013]具体的，布朗扩散收集效率ε
diff
具体为：
[0014][0015]其中，Re为雷诺数，Sc为施密特数，κ为玻尔兹曼常数，T
g
为气体表面温度，C
n
为坎宁安滑移校正因子，μ
g
为气体粘度，r
p
为颗粒半径，v
d
为液滴下落速度，r
d
为液滴半径。
[0016]具体的，热泳收集效率ε
therm
具体为：
[0017][0018]其中，Pr为普朗特数，T
g
和T
d
分别为气体和液滴表面温度，C
th
为热泳系数，v
d
为液滴下落速度，r
d
为液滴半径，Re为雷诺数。
[0019]具体的，扩散泳收集效率ε
diffusio
具体为：
[0020][0021]其中，D
k,gas
为蒸汽通过大气的扩散系数；P
g
为大气压力；P
v,d
为蒸汽在液滴表面的压力；P
v
为蒸汽压力，Re为雷诺数，Sc为施密特数，v
d
为液滴下落速度，r
d
为液滴半径。
[0022]具体的，喷淋系统对控制体中气溶胶的去除常数λ
i
为：
[0023][0024]其中，F
i
为液滴尺寸i的体积流速；h为液滴的下落高度；V为大气体积，E
i,j
为尺寸i的喷淋液滴对区段j的气溶胶的单液滴收集效率，r
i
为液滴尺寸i的半径。
[0025]进一步的，尺寸i的喷淋液滴对区段j的气溶胶的单液滴收集效率E
i,j
如下：
[0026]E
i,j
＝1
‑
(1
‑
ε
Im
)(1
‑
ε
In
)(1
‑
ε
diff
)(1
‑
ε
therm
)(1
‑
ε
diffusio
)
[0027]其中，ε
Im
为惯性碰撞收集效率，ε
In
为拦截收集效率，ε
diff
为布朗扩散收集效率，ε
therm
为热泳收集效率，ε
diffusio
为扩散泳收集效率。
[0028]具体的，各区段气溶胶的剩余悬浮质量具体为：
[0029][0030]其中：为气溶胶注入的质量源项，C
l
为，λ
i
为喷淋系统对控制体中气溶胶的去除常数，V为大气体积，n为液滴尺寸数。
[0031]第二方面，本专利技术实施例提供了一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算系统，包括：
[0032]划分模块，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，将喷淋液滴按直径分为若干尺寸；
[0033]计算模块，基于单液滴收集颗粒理论依次确定各尺寸液滴对各区段气溶胶的惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率，整合惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率得到对应尺寸液滴对各区段气溶胶的去除量；
[0034]估算模块，利用得到的安全壳喷淋去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0035]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0036]一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，基于单液滴收集颗粒理论依次求解各尺寸液滴对各区段气溶胶的惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率，通过整合五种收集效率得到该尺寸液滴对各区段气溶胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，将喷淋液滴按直径分为若干尺寸；基于单液滴收集颗粒理论依次确定各尺寸液滴对各区段气溶胶的惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率，整合惯性碰撞、拦截、布朗扩散、热泳和扩散泳收集效率得到对应尺寸液滴对各区段气溶胶的去除量；利用得到的安全壳喷淋去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。2.根据权利要求1所述的压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，惯性碰撞收集效率ε
Im
具体为：其中，Stk为斯托克斯数。3.根据权利要求1所述的压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，拦截收集效率ε
In
具体为：其中，I＝r
p
/r
d
，α
L
为填充密度；σ为液滴和气体粘度之比，r
p
为颗粒半径，r
d
为液滴半径。4.根据权利要求1所述的压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，布朗扩散收集效率ε
diff
具体为：其中，Re为雷诺数，Sc为施密特数，κ为玻尔兹曼常数，T
g
为气体表面温度，C
n
为坎宁安滑移校正因子，μ
g
为气体粘度，r
p
为颗粒半径，v
d
为液滴下落速度，r
d
为液滴半径。5.根据权利要求1所述的压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，热泳收集效率ε
therm
具体为：其中，Pr为普朗特数，T
g
和T
d
分别为气体和液滴表面温度，C
th
为热泳系数，v
d
为液滴下落速度，r
d
为液滴半径，Re为雷诺数。6.根据权利要求1所述的压水堆安全壳喷淋去除气溶胶估算方法，其特征在于，扩散泳收集效率ε
diffusio
具体为：其中，D
k,gas
为蒸汽通过大气的扩散系数；P
g
为大气压力；P
v,d
为蒸汽在液滴表面的压力；P
v
为蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，李济深，单建强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：