【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于螺旋燃料及网格变形，具体涉及一种用于螺旋燃料单棒通道的结构化网格模型获取方法。
技术介绍
1、螺旋燃料是一种新型高性能燃料，整体几何结构由十字形截面随轴向旋转拉伸形成的。其在许多方面都具有一定优势：提高了燃料的功率密度、显著提高反应堆的安全裕量、降低燃料最高温度、改善燃料组件出口温度分布、消除定位格架的影响等，有望应用于传统压水堆替代传统棒形燃料及包括小型堆在内的先进反应堆。
2、在螺旋燃料单棒通道的流动换热数值模拟中，由于螺旋燃料十字形截面和轴向周期性扭转的几何特点，通道内几何形状不规则，不同位置特征尺寸差异较大，给螺旋燃料单棒冷却剂通道的网格划分引入一定的复杂度。
3、目前针对类似通道的网格划分，一般通过前处理软件自动生成四面体或多面体网格非结构化网格。相较于六面体结构化网格，非结构网格较难捕捉小尺寸特征线及还原通道内窄缝结构，需要扩大网格规模，占用过多计算资源。
4、针对类似通道非结构化网格划分存在的问题，有学者提出一类网格拼接的方案，将单棒通道划分为近棒流动区域和通道主流区域，通过底面二维网格拉伸方式分别对两类区域划分结构化网格，计算过程中在两个区域交界区域插值传递数据。该方法可以获取高质量网格，但区域交界处网格的较差对齐度会影响计算收敛性和计算精度。
5、本专利技术展示了一种用于螺旋燃料单棒通道的结构化网格获取方法，采用二维截面网格变形和轴向分层扭转的形式，提供了一种可用于螺旋燃料单棒通道的结构化网格获取方法。
技术实现思路>
1、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用于螺旋燃料单棒通道的结构化网格模型获取方法，针对螺旋燃料单棒通道的异形几何导致冷却剂有限元计算需要高质量有限元网格的问题，通过对孔型通道二维横截面结构化方形网格进行网格变形，获取螺旋燃料单棒通道二维异形横截面方形网格；通过对多个分层二维异形横截面的网格变形，获取轴向扭转下的三维六面体有限元网格。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种用于螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，该方法包括以下步骤：
4、步骤一：从螺旋燃料单棒通道的异形横截面及孔型通道横截面网格的外轮廓线上分别选取对应的控制节点，构建平面轮廓控制节点坐标数据库；
5、通过将孔型通道外轮廓线圆弧分段，与燃料单棒通道外轮廓线上叶峰叶谷段匹配，确保变形前的孔型通道横截面外轮廓线上控制节点与变形后的螺旋燃料单棒通道异形横截面外轮廓线上控制节点一一对应，前后变化不畸形。
6、步骤二：基于径向基函数位置预测方法及孔型通道横截面变形为螺旋燃料单棒通道异形横截面过程中平面轮廓控制节点位移值，推测出孔型通道平面网格上非控制节点网格变形过程中的位移变化预测关系式；
7、由步骤一获取的平面轮廓控制节点坐标数据库构建变形前两两控制节点间的距离矩阵||x-xi||和变形前后控制节点的位移矩阵dr；选取wendland c2函数作为径向基函数，由距离矩阵||x-xi||及支撑半径r构建wendland c2函数的自变量η，进而获取径向基函数矩阵根据径向基函数理论下的网格变形位移预测关系式求取矩阵方程，获取径向基函数系数αi值；可以确定径向基函数的形式及径向基函数系数αi的数值，代入抽象未定的位移预测关系式，进而获得适用于网格变形过程中其他非控制节点的具体位移预测关系式。
8、步骤三：遍历孔型通道横截面网格节点，基于步骤2得到的预测关系式，计算当前节点的位移值，并将原节点坐标修改为位移后的坐标值，实现网格变形；
9、控制支撑半径r的大小，来调整当前节点的网格变形受周围其他节点变形的影响大小，优化网格变形的整体效果；修改控制节点分布，加密网格变形预期严重区域的控制节点数，优化网格变形的局部效果；
10、步骤四：将轴向上一定长度的螺旋燃料单棒通道几何沿冷却剂流动方向划分成多个二维异形横截面，对应的孔型通道划分同样数量的轴向横截面；
11、结合螺旋燃料棒螺距大小控制轴向横截面的数量，基于常见有限元网格划分软件划分对应轴向节点数的孔型通道结构化六面体网格。
12、步骤五：对两类通道上对应的多个横截面重复步骤一到步骤三。
13、针对螺旋燃料单棒通道沿轴向从底到上，每个横截面的燃料包壳外轮廓线存在沿轴中心旋转，而通道边界轮廓线保持不变的情况，在遍历孔型通道轴向上的多个横截面时，每个横截面的控制点坐标不需要重复计算，通过最底面的控制点坐标经过坐标旋转变换获取，旋转角度为h/l*360°，h为当前横截面与底面距离，l为螺旋燃料棒螺距。
14、本专利技术具有以下优点和有益效果：
15、1.该方法提供了一种螺旋燃料单棒通道的结构化网格模型的获取方案，与其他非结构化网格方案相比，六面体网格单元质量更高，提高计算速度和收敛稳定性；同时通过适当减少轴向分层数，增大网格纵横比，显著减少网格数量；
16、2.该方法相较于其他分区域结构化网格划分方案，增加了网格的径向连续性，适合于复杂两相有限体积流动换热及单相有限元流动换热等复杂计算场景；避免了不同区域网格在进行网格拼接时节点对齐度差，通过拼接面交换计算数据时引入一定误差，影响最终的收敛性；
17、3.该方法只需要提供孔型通道的结构化网格，该类网格忽略了复杂的绕肋几何特征，只需简易的平面拓扑和轴向拉伸即可快速生成，配合程序驱动的网格变形流程，极大提高了结构化网格获取效率；
18、4.该方法通过二维截面网格变形和轴向分层扭转的形式，生成了螺旋燃料单棒通道网格，能够满足不同通道类型，不同扭转周期的燃料单棒通道结构化网格的快速生成。
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1.一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：通过对孔型通道二维横截面结构化方形网格进行网格变形，获取螺旋燃料单棒通道二维异形横截面方形网格；通过对多个分层二维异形横截面的网格变形，获取轴向扭转下的三维六面体有限元网格；
2.根据权利要求1所述的一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：步骤一中，通过将孔型通道外轮廓线圆弧分段，与螺旋燃料单棒通道外轮廓线上叶峰叶谷段匹配，确保变形前的孔型通道横截面外轮廓线上控制节点与变形后的螺旋燃料单棒通道异形横截面外轮廓线上控制节点一一对应，前后变化不畸形。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：步骤三中，控制支撑半径R的大小，来调整当前节点的网格变形受周围其他节点变形的影响大小，优化网格变形的整体效果；修改控制节点分布，加密网格变形预期严重区域的控制节点数，优化网格变形的局部效果。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：针对螺旋燃料单棒通道沿轴向从底到上，每个横截面的燃料包壳外轮廓线存在沿轴中心旋
...【技术特征摘要】
1.一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：通过对孔型通道二维横截面结构化方形网格进行网格变形，获取螺旋燃料单棒通道二维异形横截面方形网格；通过对多个分层二维异形横截面的网格变形，获取轴向扭转下的三维六面体有限元网格；
2.根据权利要求1所述的一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获取方法，其特征在于：步骤一中，通过将孔型通道外轮廓线圆弧分段，与螺旋燃料单棒通道外轮廓线上叶峰叶谷段匹配，确保变形前的孔型通道横截面外轮廓线上控制节点与变形后的螺旋燃料单棒通道异形横截面外轮廓线上控制节点一一对应，前后变化不畸形。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋燃料单棒通道结构化网格模型获...
【专利技术属性】
技术研发人员：巫英伟，罗梦昊，贺亚男，苏光辉，田文喜，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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