【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电厂专设安全设施设计，具体涉及一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法。
技术介绍
1、非能动安全壳冷却系统(pcs，passive containment cooling system)是第三代大型先进压水堆核电站非能动安全系统的重要组成部分，其安全壳热量排出功能包含了非能动设计理念。
2、在发生设计基准事故(dba，design basis accident)后的72小时内，pcs利用水膜蒸发冷却、自然通风冷却等非能动方式即可实现安全壳热量排出，不需要任何补给或操纵员操作。pcs利用钢制安全壳作为一个传热表面，事故后产生的蒸汽在安全壳内表面冷凝并加热内表面，然后通过热传导将热量传递至钢壳体。加热的钢壳体外表面通过水和空气的对流、辐射和蒸发等换热机理冷却。热量以显热和水蒸气的形式通过自然对流的空气带出。
3、pcs的关键性能包括：水膜流动性能、安全壳内部自然循环和蒸汽冷凝、安全壳外部空气自然循环。这些性能关系到pcs能否正常运行。其中，水膜流动性能对于实现非能动安全壳冷却至关重要，其重要性体现在以下两个方面：
4、第一、高位水箱重力输水至安全壳外表面的水膜覆盖规律；
5、第二、安全壳外表面冷态和热态水膜分布、传热和稳定性。
6、安全壳外表面的水膜流动性能是核电厂事故分析的重要输入，需要通过试验结合计算流体动力学(cfd，computational fluid dynamics)技术进行详细分析。因此，高可信度数值仿真是非能动安全壳冷却系统设计中十
7、pcs能够通过对安全壳外表面水分配装置的合理设计和布局来组织水流，确保冷却水在安全壳外表面均匀覆盖，从而实现前述的系统功能。在实际工程中，安全壳外表面与水分配装置构成了一个复杂区域。其中，安全壳的尺寸十分巨大，其直径可达到几十米；而水分配装置的尺寸与之相比十分微小，且复杂的结构导致其尺寸变化很大，从几十毫米到数十米不等。
8、现有的安全壳外表面水膜流动性能的数值仿真分析中，常规技术是将结构精细的水分配装置和尺寸较大的安全壳外表面作为一个整体建立计算域并生成网格，然后利用流体体积域(vof，volume of fluid)模型来模拟安全壳外表面水膜流动和冷却水在水分配装置内的流动，开展数值仿真。这种技术的难度很大，其不足主要体现在以下两个方面：
9、第一、计算结果精确度与网格数量、计算代价之间的矛盾；
10、也即，为了建立包含水分配装置的大尺度安全壳数值模型，同时确保计算结果的精确度，需要生成十分精细的网格并使用很小的时间步长。
11、在水分配装置和安全壳外表面之间的网格疏密度需要平缓过渡，进一步增加了网格划分数量，导致计算代价高昂，无法满足实际工程需求。
12、第二、流动形式的复杂性；
13、在安全壳外表面，水流以均匀水膜的形式流动。
14、在水分配装置内，水流通过孔口出流、堰槽溢流的形式流动，同时水流受到水分配装置内部件的阻碍，破碎后形成许多水珠。
15、安全壳外表面水膜流动同时存在多种流动形式，vof模型只能模拟稳定均匀的水膜流动，难以同时模拟多种流动形式，尤其是上述不同流动形式之间的转换，会进一步降低计算结果的精确度。
16、基于此，本申请专利技术人提出一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法及系统，以期解决上述技术问题中的一个或多个。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中安全壳外表面水膜流动性能模拟难度高且精度差的缺陷，提供一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法及系统。
2、本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
3、本专利技术提供了一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特点在于，包括：
4、步骤1、以安全壳外表面实际尺寸以及水分配装置进出口在安全壳外表面上的定位建立安全壳几何模型；
5、步骤2、基于所述安全壳几何模型确定计算流体域、网格划分、数值求解器、物理模型以及初始冷却水流量；
6、步骤3、根据所述水分配装置的结构、初始冷却水流量建立集总参数模型，并确定所述水分配装置进出口边界条件参数以及冷却水在所述水分配装置内的流动时间；
7、步骤4、利用步骤3和步骤4中的参数生成数值模型，并对安全壳外表面各个水膜流动区域进行单独的cfd计算，且生成cfd计算结果；
8、步骤5、根据所述cfd计算结果，利用时间同步实现安全壳外表面不同区域水膜流动的延迟，完成整体耦合模拟，以获得水膜覆盖率、水膜达到稳定流动状态所用的时间。
9、根据本专利技术的一个实施例，所述步骤2包括：
10、步骤21、启动网格划分软件，并将所述安全壳几何模型导入至所述网格划分软件内；
11、步骤22、基于所述网格划分软件建立所述计算流体域；
12、步骤23、设置面网格、体网格以及边界层网格参数并生成结构化、非结构化网格；
13、步骤24、检查网格质量是否满足要求；若所述网格质量不满足要求，则返回步骤23，重新调整面网格、体网格以及边界层网格参数；若所述网格质量满足要求，则保存模拟文件并记录计算流体域和网格划分参数；
14、步骤25、选择物理模型和数值求解器并设置初始冷却水流量、所述数值求解器参数以及所述物理模型参数；
15、步骤26、保存模拟文件并记录所述初始冷却水流量、所述数值求解器参数以及所述物理模型参数。
16、根据本专利技术的一个实施例，所述步骤3包括：
17、步骤31、根据所述初始冷却水流量或上游所述水分配装置出口流量条件，设置当前所述水分配装置进口边界条件参数；
18、步骤32、对所述水分配装置内各流道部件建立流量平衡微分方程；
19、步骤33、利用水力学公式、各流道部件之间的串联或并联关系，计算进入和离开各流道部件的流量随时间的变化规律、所述水分配装置进出口流量随时间的变化规律以及冷却水在所述水分配装置内的流动时间；
20、步骤34、确认所有所述水分配装置的流量平衡计算是否完成；若未完成，则进入步骤31，继续对下游所述水分配装置进行流量平衡计算；若已完成，则记录冷却水从进入当前所述水分配装置到达到稳定出水所用的总时间以及对应的稳定出水流量。
21、根据本专利技术的一个实施例，所述步骤33进一步包括：
22、冷却水在所述水分配装置内的流动时间包括：水冷从流入到开始流出所述水分配装置所用的时间和水流从开始流出所述水分配装置到达到稳定出水流量所用的时间的总和；或者水流从流入所述水分配装置到达到稳定出水流量所用的总时间。
23、根据本专利技术的一个实施例，所述步骤4包括：
24、步骤41、导入步骤24生成的网格；
25、步骤42、输入步骤26中记录的所述初始冷却本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤2包括：
3.根据权利要求2所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求3所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤33进一步包括：
5.根据权利要求4所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤4包括：
6.根据权利要求5所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤5包括：
7.根据权利要求6所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤52进一步包括：
8.一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真系统，其特征在于，所述安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真系统采用如权利要求1-7任一项所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，所述仿真系统包括：
9.一种电子设备
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法。
...【技术特征摘要】
1.一种安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤2包括：
3.根据权利要求2所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求3所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤33进一步包括：
5.根据权利要求4所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤4包括：
6.根据权利要求5所述的安全壳外表面水膜流动性能模拟的耦合仿真方法，其特征在于，所述步骤5包括：
7.根据权利要求6所述的安全壳外表面水膜流动...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄镜宇，夏栓，潘新新，武心壮，郭丹丹，周佳玉，
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：
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