一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法，主要步骤如下：1、读取输入的三部分参数，分别为核反应堆运行工况参数、堆芯排布、各组件功率分布；2、根据获取的核反应堆堆芯各组件排布方式，统计通道数量；3、确定燃料组件编号和通道编号；4、生成通道与通道的位置关系；5、计算各类通道的水力学参数；6、生成子通道计算程序需要的输入文件，完成核反应堆自动建模功能。本发明专利技术具备实现具体装载方案的全堆芯快速建模功能，能够根据具体装载方案布置图实现各类燃料组件、控制棒组件、同位素靶件的快速建模，从而大大提高子通道计算程序的计算效率。程序的计算效率。程序的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法


[0001]本专利技术属于核反应堆热工水力
，具体涉及到一种基于核反应堆子通道计算程序的前处理自动建模方法。

技术介绍

[0002]核反应堆热工水力计算常用的模型为单通道模型，在单通道模型中，把所要计算的通道看作是孤立的、封闭的，在整个堆芯高度上与其他通道之间没有质量、动量和能量交换。这种分析模型不适合用于像无盒组件那样的开式通道。为了使计算更符合实际情况，之后开发了更加先进的子通道模型。这种模型认为相邻通道冷却剂之间在流动过程中存在着横向的质量、动量和能量的交换(即横向交混)，因此各通道内的冷却剂质量流密度将沿着轴向不断发生变化，热通道内冷却剂的焓和温度也会有所降低，相应地燃料元件表面和中心温度也随之略有降低。对于大型核堆，在热工参数一定的情况下，把用子通道模型计算的结果与用单通道模型计算的结果相比较，燃料元件表面的MDNBR值约增加5％～10％。可见用子通道模型计算既提高了热工设计的精确度，也提高了反应堆的经济性。但是，在子通道模型的计算中不能像单通道模型那样只取少数热通道和热点进行计算，而是要对大量通道进行分析。因此其计算量就会很大。
[0003]目前采用子通道模型进行堆芯热工水力分析的程序很多，如COBRA，RETRAN，RELAP。对于COBRA程序，由于实际不同反应堆组件排布随机，堆芯其输入卡需要大量参数物理量按照子通道程序规定的格式进行输入，传统做法是手动填卡，耗费时间，效率低下且工作量大。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法，通过输入核反应堆运行参数，计算得到水力学参数、通道与燃料之间的位置关系，最终输出用于子通道计算程序的全部参数。输入参数包括反应堆运行工况参数、堆芯排布、各组件功率分布；堆芯每个组件分别根据其几何结构计算出流通面积、湿周、加热长度等水力学参数；输出参数为按照子通道计算程序需要的格式输出的子通道计算程序所需的全部参数。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法，前处理自动建模方法通过输入核反应堆运行参数，计算得到水力学参数、通道与燃料之间的位置关系，最终输出用于子通道计算程序的全部参数；输入参数包括核反应堆运行工况参数、堆芯排布、各组件功率分布；堆芯每个组件分别根据其几何结构计算出流通面积、湿周、加热长度水力学参数；输出参数为按照子通道计算程序需要的格式输出的子通道计算程序所需的全部参数；该方法包含以下步骤：
[0007]步骤1：输入核反应堆运行工况参数、堆芯排布和各组件功率分布参数；核反应堆
运行工况参数包含控制体轴向和径向节点划分、各组件几何参数、反应堆冷却剂入口温度、冷却剂入口平均质量流速、反应堆系统压力；堆芯排布包括给定堆芯装载方案下以相同的数字表示同一类组件，用数字自然数1
‑
4标记具体装载下的各类组件，各组件功率分布参数包含堆芯全部组件的线功率数据；
[0008]步骤2：根据步骤1的输入参数，获取堆芯各组件的几何排布，统计同一类通道的数量；邻近不同组件的通道按照组件类型分类，统计通道的种类；
[0009]步骤3：根据堆芯排布参数，确定堆芯各位置处组件的编号；通道从左到右，从上到下采用自然顺序编号，每个通道周围最多只能有四个相邻的通道，生成通道与通道的位置关系；
[0010]步骤4：根据核反应堆运行工况参数中各组件几何参数计算各类组件的水力学参数，包括各类组件流通面积、湿周和加热长度；
[0011]步骤5：在计算每种通道的水力学参数后，根据通道所处位置生成各种通道对应的编号；
[0012]步骤6：按照子通道计算程序需要的格式输出计算全部的参数结果，包括步骤1中输入的核反应堆运行工况参数和各组件功率分布参数、步骤2中的通道种类、步骤3中的通道与通道的位置关系参数、步骤4中的各类组件的水力学参数以及步骤5中的各种通道对应的编号参数，即完成核反应堆自动建模。
[0013]和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
[0014]本专利技术对于不同的核反应堆，只需要在堆芯排布中输入对应的堆芯装载方式，提供核反应堆各组件的功率数据，以及核反应堆运行的工况参数，最终按照子通道程序所需要的格式输出子通道计算程序所需的全部参数，从而实现不同堆芯排布的快速建模功能，在保证建模准确性的前提下提高了建模效率，为子通道热工水力计算效率的提升提供了便利。本专利技术可适用于核反应堆各种堆芯装载方案，具有广泛的适用性。
附图说明
[0015]图1为本专利技术方法核反应堆自动建模方法流程图。
[0016]图2为核反应堆运行工况参数示意图。
[0017]图3为堆芯排布示意图。
[0018]图4为堆芯各组件功率分布示意图。
具体实施方式
[0019]现结合实例、附图对本专利技术作进一步描述：
[0020]如图1所示，本专利技术一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法。图2为核反应堆运行工况参数示意图，每行参数所代表的物理含义如下所示：
[0021]第1行：分析类型，输入参数单位，输出参数单位，三方程模型。
[0022]第2行：闭式通道，冷却剂通道总数，燃料棒总数，轴向控制体节点划分数目，通道类型数目，定位格架位置数目，定位格架位置类型，芯块径向节点数目，燃料棒类型数目。
[0023]第3行：轴向控制高度。
[0024]第4行：输入控制体个数NAXP。
[0025]第5行：芯块直径，包壳厚度，燃料密度，包壳密度，燃料棒直径，芯块中热源分布的修正因子。
[0026]第6行：芯块热导率，芯块比热容，包壳热导率，包壳比热容，间隙换热系数，直接进入包壳的裂变功率份额。
[0027]第7行：湍流交混模型选择，单相摩擦系数指示器，两相摩擦系数指示器，空泡份额指示器，入口流量指示器，参数选择指示器，迭代指示器，物性指示器，换热模型，物性压力。
[0028]第8行：两相摩擦模型。
[0029]第9行：空泡份额模型选择。
[0030]第10行：单相换热系数模型，过冷沸腾换热系数模型，饱和沸腾换热系数模型，CHF点模型，过渡区换热系数模型，膜态沸腾换热系数模型。
[0031]第11行：横流阻力系数，湍流动量因子，横动量方程参数，通道与数值方向的夹角。
[0032]第12行：临界热流密度公式选择，冷壁因子修正，轴向非均匀功率修正，定位格架压降修正因子，临界功率关系式，燃料棒节径。
[0033]第13行：守恒参数：均默认，压力梯度解法。
[0034]第14行：入口温度选项，反应堆冷却剂入口温度，冷却剂入口平均质量流速，反应堆系统压力，等压分配流量，其他为默认值。
[0035]第15行：时间数据：稳态，故全部为0。
[0036]第16行：瞬态参数：稳态，故全部为0。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于子通道计算程序的核反应堆自动建模方法，其特征在于：前处理自动建模方法通过输入核反应堆运行参数，计算得到水力学参数、通道与燃料之间的位置关系，最终输出用于子通道计算程序的全部参数；输入参数包括核反应堆运行工况参数、堆芯排布、各组件功率分布；堆芯每个组件分别根据其几何结构计算出流通面积、湿周、加热长度水力学参数；输出参数为按照子通道计算程序需要的格式输出的子通道计算程序所需的全部参数；该方法包含以下步骤：步骤1：输入核反应堆运行工况参数、堆芯排布和各组件功率分布参数；核反应堆运行工况参数包含控制体轴向和径向节点划分、各组件几何参数、反应堆冷却剂入口温度、冷却剂入口平均质量流速、反应堆系统压力；堆芯排布包括给定堆芯装载方案下以相同的数字表示同一类组件，用数字自然数1
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4标记具体装载下的各类组件，各组件功率分布参数包含堆芯全部组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：章静，郭保鑫，余颂娇，王明军，贺亚男，巫英伟，苏光辉，秋穗正，田文喜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：