一种高温气冷堆球流模型及其设计方法技术

本公开实施例提供一种高温气冷堆球流模型及其设计方法，所述方法包括：搭建高温气冷堆堆芯试验台架；在堆芯腔内距卸料孔预设初始位置处设置预设尺寸的初始整流锥；获取堆芯腔内流经的各燃料球的位置图像，根据位置图像分别计算得到堆芯腔内各燃料球的实际球流速度；将各燃料球的实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，直至调整后的各燃料球的实际球流速度达到预设流速，得到目标整流锥；在所述目标整流锥和所述堆芯腔底壁的反射层之间设置整流锥支撑块，得到所述高温气冷堆球流模型

【技术实现步骤摘要】
一种高温气冷堆球流模型及其设计方法


[0001]本公开实施例属于核工程
，具体涉及一种高温气冷堆球流模型及其设计方法
。

技术介绍

[0002]高温气冷堆采用球床堆芯，及不停堆换料技术
。
燃料球多次通过堆芯，即燃料球从堆芯顶部装入，在重力的作用下向下流经堆芯
、
裂变产生热量，然后通过专门的卸料装置卸出堆芯，经燃耗测量装置测量燃耗后，未到卸料燃耗限值的燃料球再次通过燃料装卸系统返回堆芯
、
再次通过堆芯并裂变产生热量
。
多次通过堆芯裂变后达到卸料燃耗的燃料球按乏燃料卸出，装入专门的乏燃料罐中
。
因此，堆芯是由多次通过
、
具有不同燃耗水平的燃料球混合组成，并且是始终缓慢流动的
。
由于球床的球流运动规律决定了不同通过次数
、
不同燃耗水平的燃料球在堆芯的分布状况，并由此影响堆芯的核燃料分布，进而影响功率分布
、
温度分布，这些反过来又可能影响球流运动本身
。
因此，球流运动规律是球床式高温气冷堆的重要研究内容
。
[0003]如图1中
(b)
所示，高温气冷堆堆芯是由石墨块堆积起来的直径
3m
，等效高度
11m
的圆柱形空心堆腔，燃料球从顶部进入堆腔，流经堆芯进行核反应后，从堆腔底部中心的卸料孔卸出堆芯
。
由于堆腔结构形成的底部中心卸球的球流模型以及晶壁效应的影响，整个堆腔球流速度成中间快，周边低的趋势，其球流累积效应如图1中
(a)
所示
。
当燃料球贴着堆腔壁后，该球只有远离堆腔壁的半球面可能和腔内其它球接触，其它球对该球的挤压合力只可能指向接触腔壁的半球面，这导致燃料球一旦贴上堆腔壁就永远只能贴着堆腔壁向下流行，直至卸除堆芯，这种现象就叫晶壁效应，如图2所示
。
在二维堆芯球流研究中，在堆芯腔上部某一水平平面设置一层不同原色的模拟燃料球，随着燃料球的循环，在
T0\T1\T2\T3
时刻表现出了，如图1中
(b)
所示的累积效应
。
这种累积效应清晰的表明了高温气冷堆堆芯球流速度中间快周边低的特性
。
这种特性与中间卸球的球流模型相符合
。
[0004]高温气冷堆堆芯球流速度中间快周边慢的特性，加上燃料球在堆腔内随机分布和流动的特性
。
导致球流在堆腔竖向上流动状态的复杂性
。
这种复杂性对堆芯物理计算的准确性以及温度
、
功率分布的计算准确性带来极大不利影响
。
特别是在卸料燃耗计算方面，由于球流速度差异，导致不同球通过堆芯的时间差异可能巨大，从而造成单个球单次通过堆芯的燃耗差异可能巨大
。
为了保证燃料球不超燃耗限制，最后一次循环前预留的剩余燃料必须大于等于单次循环最大可能燃耗加上最小卸料燃耗
。
这就导致整个堆芯平均卸料燃耗值偏低，降低了燃料元件的利用率
。

技术实现思路

[0005]本公开实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷堆球流模型及其设计方法
。
[0006]本公开实施例的一个方面提供一种高温气冷堆球流模型的设计方法
。
所述方法包
括：
[0007]搭建高温气冷堆堆芯试验台架；其中，所述堆芯试验台架包括具有入料孔和卸料孔的堆芯腔，所述堆芯腔的侧壁和底壁均设置有反射层；
[0008]在所述堆芯腔内距所述卸料孔预设初始位置处设置预设尺寸的初始整流锥；
[0009]获取所述堆芯腔内流经的各燃料球的位置图像，根据所述位置图像分别计算得到所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度；
[0010]将各燃料球的所述实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，直至调整后的各燃料球的所述实际球流速达到预设流速，得到目标整流锥；
[0011]在所述目标整流锥和所述堆芯腔底壁的反射层之间设置整流锥支撑块，得到所述高温气冷堆球流模型
。
[0012]可选的，所述根据所述位置图像计算得到所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度，包括：
[0013]根据各所述位置图像对球流进行定位和跟踪，获得燃料球的位置识别数据；
[0014]根据所述位置识别数据，获取在所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度
。
[0015]可选的，所述根据各所述位置图像对球流进行定位和跟踪，获得燃料球的位置识别数据，包括：
[0016]提取各所述位置图像中的燃料球目标特征，分别对每个燃料球进行编号，确定出所述每个燃料球的中心像素坐标，并将所述中心像素坐标转化为空间位置坐标，以获得燃料球的位置识别数据
。
[0017]可选的，所述将各燃料球的所述实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，包括：
[0018]在中间区域的实际球流速度大于所述边缘区域的实际球流速度时，增大所述初始整流锥的底面直径；反之，减小所述初始整流锥的锥角
。
[0019]可选的，所述将各燃料球的实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，包括：
[0020]在中间区域的实际球流速度大于边缘区域的实际球流速度时，增大所述初始整流锥的锥角；反之，减小所述初始整流锥的锥角
。
[0021]可选的，所述将各燃料球的实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，包括：
[0022]在所述各燃料球的所述实际球流速度未达到预设流速时，基于所述初始整流锥的底面直径比其锥角优先调整的策略进行调整
。
[0023]可选的，在得到目标整流锥之前，所述方法还包括：根据所述卸料孔的燃料球的搭桥状态，调整所述整流锥与所述卸料孔之间的距离
。
[0024]可选的，所述根据所述卸料孔的燃料球的搭桥状态，调整所述整流锥与所述卸料孔之间的距离，包括：若所述卸料孔的燃料球存在搭桥，则增大所述整流锥与所述卸料孔之间的距离
。
[0025]可选的，所述在所述目标整流锥和所述堆芯腔底壁的反射层之间设置整流锥支撑块，得到所述高温气冷堆球流模型，包括：在所述目标整流锥和所述堆芯腔底壁的反射层之间均匀间隔设置多个所述整流锥支撑块
。
[0026]本公开实施例的另一个方面提供一种高温气冷堆球流模型
。
所述模型采用如上所述的设计方法得到
。
[0027]本公开实施例的高温气冷堆球流模型的设计方法中，在搭建的高温气冷堆堆芯试验台架的堆芯腔内设置初始整流锥，通过各燃料球的位置图像分别计算得到所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度，根据所述燃料球的实际球流速度分析比较结果，调整所述初始整流锥的尺寸，得到优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温气冷堆球流模型的设计方法，其特征在于，所述方法包括：搭建高温气冷堆堆芯试验台架；其中，所述堆芯试验台架包括具有入料孔和卸料孔的堆芯腔，所述堆芯腔的侧壁和底壁均设置有反射层；在所述堆芯腔内距所述卸料孔预设初始位置处设置预设尺寸的初始整流锥；获取所述堆芯腔内流经的各燃料球的位置图像，根据所述位置图像计算得到所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度；将各燃料球的所述实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，直至调整后的各燃料球的所述实际球流速度达到预设流速，得到目标整流锥；在所述目标整流锥和所述堆芯腔底壁的反射层之间设置整流锥支撑块，得到所述高温气冷堆球流模型
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置图像计算得到所述堆芯腔内各燃料球的实际球流速度，包括：根据各所述位置图像对球流进行定位和跟踪，获得燃料球的位置识别数据；根据所述位置识别数据，计算得到各燃料球的实际球流速度
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各所述位置图像对球流进行定位和跟踪，获得燃料球的位置识别数据，包括：提取各所述位置图像中的燃料球目标特征，分别对每个燃料球进行编号，确定出所述每个燃料球的中心像素坐标，并将所述中心像素坐标转化为空间位置坐标，以获得燃料球的位置识别数据
。4.
根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述将各燃料球的所述实际球流速度进行比较，根据比较结果调整所述初始整流锥的尺寸，包括：在中间区域的实际球流速度大于边缘区域的实际球流速度时，增大所述初始整流锥的底面直...

【专利技术属性】
技术研发人员：程从礼，武怡明，王新芳，杨招锋，姜磊，申献红，徐晓梦，
申请(专利权)人：华能山东石岛湾核电有限公司，
类型：发明
国别省市：