一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法及系统，包括以下步骤：建立包含内部流道的控制棒驱动机构模型，通过设置不同的外部温度进行仿真，获得若干组不同热载荷下，控制棒驱动机构的热流密度和第一表面温度；建立一体化堆顶组件自然风冷模型，根据得到的控制棒驱动机构表面热流密度进行仿真，得到控制棒驱动机构的第二表面温度；采用插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果

【技术实现步骤摘要】
一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及温度场分析
，具体为一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法及系统
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]控制棒驱动机构
(CRDM)
，是核电反应堆中的一种步进式提升机构，通过以一定次序对磁轭线圈通电，实现控制棒组件的提起
、
保持或插入，从而改变控制棒组件在反应堆堆芯中的深度，以实施反应堆的启动
、
停堆
、
调节功率
、
负荷跟踪以及事故工况下的紧急停堆保护等目的，是控制反应堆安全运行的重要设备
。
[0004]控制棒驱动机构
(CRDM)
在正常运行过程中需要排出大量热量，这些热量主要来源于磁轭线圈的发热以及来自堆芯内部冷却剂的热虹吸作用
。
为了保证
CRDM
的磁轭线圈不超温，确保控制棒驱动机构的正常运行，需要对驱动机构进行冷却
。
冷却方式一般采用自然风冷或强制风冷，强制风冷是通过引风装置，使用风机强制空气流过驱动机构表面带走热量
。
这种方式冷却能力较强，应用较为广泛
。
自然风冷是利用空气的自然对流来带走热量冷却
CRDM
，这种冷却方式不需要风机，结构简单，并且能量损失较少，从而提高经济性
。
由于自然对流的换热能力相对较弱，因此目前的反应堆在采取自然风冷时一般配合采用低功耗驱动机构
。
[0005]为了保证自然通风条件下
CRDM
的磁轭线圈等部件不超过温度限值，在
CRDM
设计过程中，会进行基于流体力学
(CFD)
的温度场分析，以获得理想的流道布置
、
温度设置等结构参数
。
然而，
CRDM
内外部表面存在着复杂的流场环境和边界条件，其内部流道存在反应堆冷却剂热虹吸，外部为自然通风冷却和热辐射，自身还存在发热
、
导热等一系列复杂物理现象
。
与此同时，
CRDM
组件数量众多
、
结构复杂，因此常规的
CFD
模拟受到上述众多因素的影响，导致计算模型极为复杂，并且网格量巨大，难以满足计算资源和计算精度间的平衡
。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法及系统，基于敏感性分析原理，采用驱动机构单根模型热虹吸和全场模型自然风冷双向耦合分析过程，最终得到驱动机构表面热流密度和温度场计算结果
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，包括以下步骤：
[0009]建立包含内部流道的控制棒驱动机构模型，通过设置不同的外部温度进行仿真，获得若干组不同热载荷下，控制棒驱动机构的表面热流密度和第一表面温度；
[0010]建立一体化堆顶组件自然风冷模型，根据得到的控制棒驱动机构表面热流密度进
行仿真，得到控制棒驱动机构的第二表面温度；
[0011]基于插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果
。
[0012]基于插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果
。
[0013]控制棒驱动机构模型为单组包含内部流道结构的控制棒驱动机构三维或二维模型
。
[0014]通过设置不同的外部温度进行仿真，具体为：设置磁轭线圈发热量；设置外界空气温度和壁面换热系数；设置控制棒驱动机构的金属导热系数；设置冷却剂不同温度下的水物性以模拟冷热密度差引起的热虹吸；设置控制棒驱动机构的底部温度为反应堆上封头冷却剂温度
。
[0015]一体化堆顶组件自然风冷模型为一体化堆顶组件全场自然风冷三维流道模型，至少包括围筒内部空气域和外部大空间
、
压力容器上封头保温层以及控制棒驱动机构的外部轮廓
。
[0016]根据得到的控制棒驱动机构外表面热流密度进行仿真，具体为：
[0017]将控制棒驱动机构模型仿真结果中确定的若干组热流密度，设置为一体化堆顶组件自然风冷模型中，控制棒驱动机构外壁面的热流密度；
[0018]设置压力容器上封头保温层温度；设置压力边界空气温度为安全壳环境温度；设置随温度变化的空气物性函数以模拟温度差引起的空气自然对流参数；设置控制棒驱动机构
、
保温层和围筒表面的热辐射发射率
。
[0019]根据一体化堆顶组件自然风冷模型的仿真结果，确定一体化堆顶组件的流场和温度场，并提取控制棒驱动机构的表面温度作为第二表面温度，基于插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果
。
[0020]本专利技术的第二个方面提供一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析系统，包括：
[0021]控制棒驱动机构热载荷模块，被配置为：建立包含内部流道的控制棒驱动机构模型，通过设置不同的外部温度进行仿真，获得若干组不同热载荷下，控制棒驱动机构的表面热流密度和第一表面温度；
[0022]自然风冷模块，被配置为：建立一体化堆顶组件自然风冷模型，根据得到的若干组控制棒驱动机构表面热流密度进行仿真，得到控制棒驱动机构的第二表面温度；
[0023]耦合模块，被配置为：基于插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果
。
[0024]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质
。
[0025]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法中的步骤
。
[0026]本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备
。
[0027]一种计算机设备，包括存储器
、
处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法中的步骤
。
[0028]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0029]1、
将表征控制棒驱动机构内部流道的热虹吸模型和表征外部流道的自然风冷模型分别仿真计算，减少计算资源占用，避免传统流体力学分析占用的计算资源
。
[0030]2、
通过给控制棒驱动机构的模型设置不同的外部空气温度，以获得的热流密度作为变量进行自然风冷模拟，以获得最终的平衡态结果
。
相比于传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，其特征在于，包括以下步骤：建立包含内部流道的控制棒驱动机构模型，通过设置不同的外部温度进行仿真，获得若干组不同热载荷下，控制棒驱动机构的表面热流密度和第一表面温度；建立一体化堆顶组件自然风冷模型，根据得到的控制棒驱动机构表面热流密度进行仿真，得到控制棒驱动机构的第二表面温度；基于插值法确定第一表面温度和第二表面温度之间的平衡点温度，即为所需的分析结果
。2.
如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，其特征在于，所述控制棒驱动机构模型为单组包含内部流道结构的控制棒驱动机构三维或二维模型
。3.
如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，其特征在于，通过设置不同的外部温度进行仿真，具体为：设置磁轭线圈发热量；设置外界空气温度和壁面换热系数；设置控制棒驱动机构的金属导热系数；设置冷却剂不同温度下的水物性以模拟冷热密度差引起的热虹吸；设置控制棒驱动机构的底部温度为反应堆上封头冷却剂温度
。4.
如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，其特征在于，所述一体化堆顶组件自然风冷模型为一体化堆顶组件全场自然风冷三维流道模型，至少包括围筒内部空气域和外部大空间
、
压力容器上封头保温层以及控制棒驱动机构的外部轮廓
。5.
如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构自然风冷温度场分析方法，其特征在于，根据得到的控制棒驱动机构表面热流密度进行仿真，包括：将控制棒驱动机构模型仿真结果中确定的热流密度，设置为一体化堆顶组件自然风冷模型中，控制棒驱动机构外壁面的热流密度
。6.
如权利要求5所述的一种控制棒驱动机构自然风...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星亮，陈俨，李树莹，白宇飞，张伟，蒋兴，姚彦贵，佟辉，郑明光，艾卫江，李成武，唐力晨，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：