【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核安全，具体而言，涉及一种压水堆垢致轴向功率偏移现象多物理场耦合分析方法。
技术介绍
1、在压水堆运行时，一回路冷却剂中的包括可溶性金属离子和不溶性金属或氧化物颗粒在内的腐蚀产物会沉积在堆芯上部的燃料包壳表面，形成薄的结垢层，这种出现在燃料包壳表面的氧化腐蚀沉积物(chalk river unidentified deposit，crud)具有疏松结构，可以强化内部的沸腾，使冷却剂中硼元素浓缩甚至析出，并被沉积层的多孔形貌所吸附，导致硼在燃料棒轴向表面呈现不均匀的分布状态。硼的强中子吸收效应会引发堆芯功率偏移现象，被称为垢致轴向功率偏移现象(crud induced power shift，cips)，危害核反应堆的安全和经济性。
2、垢致轴向功率偏移现象不仅会引发核反应堆降功率甚至紧急停堆，降低核反应堆的中子经济性；而且会影响堆芯的剩余反应性和停堆裕量，甚至使包壳失效，威胁核反应堆安全屏障的完整。然而由于反应堆中开展垢致轴向功率偏移现象实验研究具有高放射性等在内的极大困难，目前研究都集中在通过数值计算方法开展，存在精确模拟分析问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种压水堆垢致轴向功率偏移现象多物理场耦合分析方法，包括：建立燃料包壳表面的氧化腐蚀沉积物的数值模拟模型；所述数值模拟模型包括具有耦合关系的传热模块、毛细流动模块及溶质扩散与化学反应模块；所述传热模块用于模拟多孔介质的导热、燃料包壳的传热及烟囱边界沸腾带走的热量，所述毛
2、可选地，所述基于预设的计算流体力学的数值算法，对所述数值模拟模型进行耦合计算，至最终计算结果满足收敛条件，包括：对所述传热模块进行计算，为所述毛细流动模块及所述溶质扩散与化学反应模块更新物性；对所述毛细流动模块进行计算得到压力和流速；所述压力用于更新蒸汽物性、所述流速确定溶质传输的流速；对所述溶质扩散与化学反应模块进行计算；上述计算中使用温度、压力和各溶质浓度中的最大相对误差作为收敛条件。
3、可选地，所述传热模块中控制方程及边界条件如下：
4、
5、式中，t是冷却剂温度，kcrud为氧化腐蚀沉积物湿区内固体和液体加权后的总导热系数；qclad是包壳与氧化腐蚀沉积物交界面的热流密度；d是氧化腐蚀沉积物厚度；hc是冷却剂与氧化腐蚀沉积物表面的对流换热系数；tf是冷却剂主流区温度；rc和rc分别是烟囱半径和烟囱中心到湿区对称边界的距离；he是烟囱表面水的蒸发换热系数；tsat是饱和温度。
6、可选地，
7、式中，t是蒸发系数；mw是水的摩尔质量；r是理想气体常数；hfg是冷却剂汽化潜热；和分别是水蒸气和水的摩尔体积。
8、可选地，所述毛细流动模块中控制方程及边界条件如下：
9、
10、
11、式中，p是冷却剂的压力，ε是氧化腐蚀沉积物孔隙率；ρw是水的密度；κ是氧化腐蚀沉积物渗透率；μw是冷却剂动力黏度；pf是冷却剂主流区压力。
12、可选地，
13、式中，是水在多孔介质中的速度。
14、可选地，所述溶质扩散与化学反应模块中各个溶质的浓度控制方程和边界条件如下：
15、
16、式中，c是溶质的浓度，t是时间，是溶质摩尔流量，cf是冷却剂主流区溶质浓度；是径向方向单位向量；
17、
18、式中，d是扩散系数，τ是曲折度；z是溶质电荷数；f是法拉第常数；φ是电势；
19、
20、溶质a的浓度变化如下：
21、
22、式中，kf和kr分别是正、逆反应速率常数。
23、可选地，化学平衡状态下的正逆反应速率常数k如下：
24、
25、式中，m是质量摩尔浓度；γ是活度系数；ζ是溶液体积修正项。
26、可选地，所述预设的计算流体力学的数值算法为有限体积法。
27、可选地，所述最大相对误差小于10-7。
28、本专利技术实施例提供的压水堆垢致轴向功率偏移现象多物理场耦合分析方法，将氧化腐蚀沉积物内的传热、流动、传质和化学反应等多物理现象进行耦合，可以高保真描述燃料棒轴向和径向方向上的污垢内硼元素的空间分布，实现压水堆垢致轴向功率偏移现象的数值模拟分析，对于开展精确的垢致核安全风险分析具有重要作用。
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1.一种压水堆垢致轴向功率偏移现象多物理场耦合分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的计算流体力学的数值算法，对所述数值模拟模型进行耦合计算，至最终计算结果满足收敛条件，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热模块中控制方程及边界条件如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述毛细流动模块中控制方程及边界条件如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述溶质扩散与化学反应模块中各个溶质的浓度控制方程和边界条件如下：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，化学平衡状态下的正逆反应速率常数K如下：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的计算流体力学的数值算法为有限体积法。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最大相对误差小于10-7。
【技术特征摘要】
1.一种压水堆垢致轴向功率偏移现象多物理场耦合分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的计算流体力学的数值算法，对所述数值模拟模型进行耦合计算，至最终计算结果满足收敛条件，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热模块中控制方程及边界条件如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述毛细流动模块中控制方程及边界条...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓晶，刘延，张滕飞，柴翔，何辉，熊进标，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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