【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及严重事故下铅基堆铅水相互作用机理分析研究，具体涉及一种基于粒子法的铅基堆铅水相互作用机理分析方法技术。
技术介绍
1、铅基反应堆是采用液态金属铅或铅铋合金作为冷却剂的快中子反应堆，具备良好的固有安全性、热工水力特性和中子物理特性，可用于核燃料增殖和长寿命裂变产物嬗变，对核能可持续发展具有重要意义。然而，铅基反应堆蒸汽发生器传热管两侧的温度和压力差异会产生较大的热应力和机械载荷；一回路高温铅铋的流动、振动和腐蚀严重威胁传热管的结构完整性。传热管破裂事故一旦发生，二次侧高压水迅速向主容器喷射，与主容器内的高温铅铋合金发生相互作用。冷却水迅速发生沸腾相变，大量蒸汽泡夹带及其在堆芯内的滞留现象将会导致堆芯传热恶化，同时提高堆芯空泡份额，引入正反应性，进一步加剧严重事故危害。目前关于铅基反应堆蒸汽发生器传热管破裂事故后铅水相互作用的瞬态实验研究相对较少，传统的基于欧拉方法的数值模拟手段不易模拟大密度比相变过程，无法很好的再现铅水相互作用的过程。
技术实现思路
1、为了全面研究铅基堆蒸汽发生器传热管破裂事故后冷却水沸腾相变特性，揭示蒸汽泡的产生和夹带引起的一些机理现象，本专利技术在对传热管破裂事故分析的基础上耦合移动粒子半隐式方法和光滑粒子流体动力学方法，提出一种基于粒子法的铅基堆铅水相互作用机理分析方法，该方法能够对铅基堆蒸汽发生器传热管破裂后冷却水与铅池接触沸腾现象进行机理性分析，并为铅基反应堆严重事故安全特性研究提供重要依据。
2、为了实现上述目标，本专利技术采
3、基于粒子法的铅基堆铅水相互作用机理分析方法，步骤如下：
4、步骤1：针对铅基反应堆严重事故下蒸汽发生器传热管破裂行为，采用离散的粒子建立传热管及铅池的几何模型，分别用0、1、2、3号粒子表征铅冷却剂、传热管内液相水、相界面气相水、壁面粒子，用4号粒子表示虚拟壁面粒子；将气相粒子的半径设为其他粒子的一半；各项粒子物性参数包含粒子大小、位置、速度、密度、导热系数、粘性系数、表面张力系数；同时，每个粒子都分配唯一的粒子编号，以便于后续跟踪计算；
5、步骤2：采用光滑粒子流体动力学方法计算气相粒子运动，采用四次核函数表示粒子间相互作用程度，如公式(1)所示，
6、
7、式中
8、wij——粒子核函数；
9、i——粒子编号；
10、j——i粒子的所有邻居粒子编号；
11、h——光滑半径m；
12、q——相对作用强度，等于粒子间距与光滑半径的比值；
13、数值模拟中，气相粒子的可压缩性是一个不可忽视的因素，考虑流体密度变化的影响，在光滑粒子流体动力学方法上引入流体弱可压缩性，质量守恒方程如公式(2)所示，
14、
15、式中
16、ρ——气相密度kg/m3；
17、t——时间s；
18、——粒子的速度m/s；
19、利用核函数离散质量守恒方程得到密度变化计算公式，初始时刻采用离散得到的公式直接计算，如公式(3)所示，式中最后一项有助于平滑密度计算，加强计算稳定性；此后，采用递推公式计算密度变化，如公式(4)所示，
20、
21、
22、式中
23、ρi——i粒子的密度kg/m3；
24、ρj——j粒子的密度kg/m3；
25、mj——j粒子的质量kg；
26、——i粒子的速度m/s；
27、——j粒子的速度m/s；
28、δ——修正系数；
29、c0——声速m/s；
30、——i粒子和j粒子间位置矢量m；
31、η——修正系数；
32、——k+1时刻i粒子的密度kg/m3；
33、——k时刻i粒子的密度kg/m3；
34、δt——时间步长；
35、k——计算步数编号；
36、ξ——粒子数密度贡献系数；
37、mj——j粒子的质量kg；
38、气相压力主要通过密度变化反映，如公式(5)所示，
39、
40、式中
41、p——压力pa；
42、c0——声速m/s；
43、ρ——气体密度kg/m3；
44、ρ0——相对气体密度kg/m3；
45、步骤3：气液两相间密度差距大，计算过程中忽略气相内的表面张力，同时由于气液两相压力场交替计算，各相内独立计算表面张力将导致两相界面处出现压力和表面张力无法平衡，因此动量守恒方程只考虑压力、粘度、重力，如公式(6)所示，
46、
47、式中
48、——重力加速度m/s2；
49、利用核函数离散动量守恒方程得到速度变化计算方程，初始时刻采用直接离散的公式计算，如公式(7)所示；采用递推公式更新速度，如公式(8)所示，
50、
51、式中
52、pi——i粒子的压力pa；
53、pj——j粒子的压力pa；
54、pb——背景压力pa；
55、hij——粘性系数项；
56、μi——i粒子的动力粘度n·s/m2；
57、μj——j粒子的动力粘度n·s/m2；
58、考虑弱可压缩性的光滑粒子流体动力学方法能够自动调节粒子分布，通过求解质量和动量守恒方程能够实现气相粒子由随机分布逐渐趋于均匀分布，得到有限各向同性的气泡；
59、步骤4：利用步骤1中的粒子编号进行气泡连通性检测，从而判断气泡个数；每个气泡粒子视作链表结构当中的一个节点，气泡编号为节点编号，从编号最大的粒子开始检索，计算该粒子与邻近粒子之间的距离，若粒子之间的距离小于设定的最大气体间距，那么两个节点属于同一个气泡，将两个节点连接起来，最终将形成多个初级链表；每个初级链表里含有多个气相粒子，用链表中最小的粒子编号命名该链表结构；根据命名的编号检索所有初级链表，找到两链表间的粒子间距最小值，若该值小于设定的最大气体间距，那么将两个初级链表连接起来，形成次级链表，同时使用次级链表所有粒子中最小的粒子编号命名次级链表；重复以上对初级链表的操作，直到链表个数不再减少时，最终将会形成有限数量的终极链表，每个终极链表表征一个气泡，且气泡间距离大于设定的气泡间距；针对每个气泡进行压力平均，如公式(9)所示，
60、
61、——气泡平均压力pa；
62、pi——气泡内单个粒子的压力pa；
63、n——气泡粒子个数；
64、通过步骤4最终实现气相压力平衡；
65、步骤5：气液两相界面处的粒子需要进行边界条件交换，气相界面为液相界面粒子计算提供狄利克雷压力边界条件和自由滑移边界条件，液相界面为气相界面粒子计算提供速度边本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于粒子法的铅基堆铅水相互作用机理分析方法，其特征在于：步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于粒子法的铅基堆铅水相互作用...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣华，王鑫凯，肖鑫坤，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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