用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置，属于核电厂设计与反应堆安全分析领域，适用于超临界水堆，具体为，利用双群时空动力学方程的时空离散求解，建立瞬态物理分析程序；通过通道之间的流量分配计算和各个通道内部流动换热求解，建立瞬态热工分析程序；在此基础上，将物理计算程序嵌入至瞬态系统分析程序，建立超临界瞬态耦合分析程序，分析系统的安全性。特别是利用双群中子时空动力学方程建立的时空动力学准静态解法模型与多通道分析方法相结合，能在保证精度的基础上，又较子通道模型有效的减少了计算时间，进而提高超临界水堆设计的经济性，符合安全分析的发展趋势。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置，属于核电厂设计与反应堆安全分析领域，适用于超临界水堆，具体为，利用双群时空动力学方程的时空离散求解，建立瞬态物理分析程序；通过通道之间的流量分配计算和各个通道内部流动换热求解，建立瞬态热工分析程序；在此基础上，将物理计算程序嵌入至瞬态系统分析程序，建立超临界瞬态耦合分析程序，分析系统的安全性。特别是利用双群中子时空动力学方程建立的时空动力学准静态解法模型与多通道分析方法相结合，能在保证精度的基础上，又较子通道模型有效的减少了计算时间，进而提高超临界水堆设计的经济性，符合安全分析的发展趋势。【专利说明】用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置
本专利技术涉及核电厂设计与反应堆安全分析领域，具体的涉及用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析方法和装置。
技术介绍
超临界水堆是在第四代核能系统国际研讨会上，被GIF (第四代国际核能论坛)选定的作为长远开发目标的六种堆型之一，也是唯一被选定的轻水堆型。循环工质在吸收核裂变热之后，直接进入汽轮机做功，从而实现核能向热能、热能再向动力能的转变过程。为确保核能、流体动能安全地转换成动力能，堆芯内部能量转换与流动换热非常关键，而对于采用直流循环设计的超临界水堆则要求更高。超临界水堆目前依然面临诸多难题，核热耦合作用就是其中之一。水在超临界条件下的物态表现与在亚临界条件下的物态表现完全不同。虽然水在超临界条件下是单相流体，但它的物性变化非常剧烈，而且这么大的物性变化往往会集中在一个较小的几何尺度内。极端的物性变化会引发局部慢化剂密度的不均匀性大大超过了常规压水堆工况，局部水铀比易受扰动，从而不可避免地引起其堆芯物理特性发生显著改变，导致堆芯局部反应性及功率的扰动，从而进一步引起堆芯流动工质温度及物性的急剧变化，形成异于常规压水堆强烈的反馈特性，核热耦合作用可能诱发堆芯稳定性问题。所以，确保核反应堆工作时核热耦合的安全性十分重要，对于安全性的控制和分析也是迫切需要解决的问题，而安全控制的重点在于超临界水堆耦合计算程序。迄今为止，国内外围绕超临界水堆耦合计算程序建立而进行了一些工作。国外研究学者多采用程序开发手段。截止目前，已经开展了一定的超临界水堆物理-热工耦合工作，并给出可行性验证和应用分析。例如，2005年，Yamaji A.等开发了适用于高温超临界水堆SCLWR-H的三维核热耦合计算程序，并将其用于三维堆芯计算。它包含一维单通道热工分析程序SPROD和三维中子物理计算程序C0REBN。2006年，Yoo J.等开发了适用于超临界水冷快堆SWFR的三维核热耦合计算程序，它包含三维扩散程序SRAC与单通道热工水力计算程序。将燃料组件的所有冷却剂通道平均近似，一个代表平均燃料棒通道，一个代表热通道。随后，Reiss T.和Monti L.等开发了超临界水堆稳态耦合程序，并建立了 ERANOS/TRACE/CFD多尺度耦合分析程序，用于满功率稳态工况下HPLWR全堆芯物理与热工稱合计算。国内研究学者更多地开展了很多系统程序改进方面的工作，并逐渐深入至核热耦合的研究。例如，2009年，胡珀，杨燕华等对堆芯计算程序PARCS和热工水力程序RELAP5进行了适应性改造，应用于美国超临界水堆系统分析。2010年，单建强等借助MCNP中子物理计算程序和ATHAS子通道热工分析程序，开发了稳态耦合程序，应用于加拿大超临界水堆系统分析。它采用对计算机或者服务器性能要求很高的外耦合方式，具备复杂集合体建模、连续能量精确求解、多维热工计算的能力。2009年，刘晓晶、程旭等基于子通道热工分析程序COBRA-1V和物理计算程序SKETCH-N建立了中子物理与热工水力耦合分析模型，应用于双排燃料组件分析。耦合界面利用数据传递实现。由上海交通大学牵头、程旭担任首席科学家的973计划“超临界水堆关键科学问题的基础研究项目”研究团队进行了大量的超临界水堆核热耦合程序开发工作。其中，清华大学王侃、张鹏等采用蒙特卡洛方法，进行了超临界水堆三维物理计算以及物理-热工耦合研究；上海核工程研究设计院廖成奎、上海交通大学张少泓等结合超临界水热质传输特性研究，进行了超临界水堆核热耦合行为研究。2010年，中国核动力院安萍、姚栋等开发了核热耦合程序MCATHAS，应用于欧洲超临界水堆燃料组件分析；2009年，上海交通大学刘占权等提出了美国超临界水堆的一维稳态耦合模型；2011年，西安交通大学杨萍、曹良志等建立了超临界水堆三维中子物理热工耦合模型，应用于加拿大超临界坎杜堆的堆芯设计。华北电力大学周涛团队成员刘晓壮、李臻洋、孙灿辉、陈娟、罗峰、王晗丁也建立了超临界水堆热工分析程序TH-02、组件中子物理计算程序DRAD,并进行了稳态核热耦合分析。上述各种方法中，蒙特卡罗计算模型具有强大的几何处理功能及连续能量中子截面库的应用，但影响其广泛应用的最主要原因是其计算耗时长，效率较低。而子通道模型虽然计算精确，但其同样存在计算耗时长，程序过于复杂的问题。单通道的计算模型虽说程序简单，计算速度较高，但是计算精度有所欠缺，使得用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析方法和装置仍有所欠缺。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人对现有的用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析方法和计算装置进行了锐意研究，结果发现:通过设置一个安全控制装置，该装置包括瞬态物理模块、瞬态热工模块、瞬态耦合模块和瞬态分析模块，通过瞬态物理模块和瞬态热工模块计算各个时刻的相关参数，通过瞬态耦合模块将瞬态物理模块和瞬态热工模连接起来，将瞬态物理模块和瞬态热工模产生的数据交互传递，并且在传递过程中进行数据转换，便于瞬态物理模块和瞬态热工模的计算，更新计算的初始参数，同时，由瞬态分析模块接收瞬态物理模块和计算瞬态热工模计算出的数据，并用来系统的安全分析，以保证整个反应堆的安全，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面:(I) 一种用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置，其特征在于，该装置包括:瞬态物理模块、瞬态热工模块、瞬态耦合模块和瞬态分析模块；瞬态物理模块，在启动后的第一个大时间步长内，所述瞬态物理模块接收从稳态物理装置传递来的信息，所述信息包括中子通量分布信息、中子密度信息和中子价值信息，根据接收到的信息计算得到轴向功率分布信息，并传出所述轴向功率分布信息和计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括中子通量分布信息、先驱核浓度信息和功率值信息；在第一个大时间步长结束后，在第二个或其后的大时间步长内，所述瞬态物理模块接收从瞬态耦合模块传递来的信息，所述信息包括中子通量分布信息、中子密度信息和中子价值信息，根据接收到的信息计算得到轴向功率分布信息，并传出所述轴向功率分布信息和计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括中子通量分布信息、先驱核浓度信息和功率值信息，进入下一个大时间步长时重复该过程；瞬态热工模块，在启动后的第一个大时间步长内，所述瞬态热工模块接收稳态热工参数信息，所述稳态热工参数信息包括稳态工况下的燃料芯块温度、包壳表面温度、冷却剂温度、慢化剂温度、冷却剂密度和慢化剂密度，根据接收到的稳态热工参数信息计算得到工质温度分布信息和工质密度分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超临界水堆瞬态核热耦合的安全分析计算装置，其特征在于，该装置包括：瞬态物理模块、瞬态热工模块、瞬态耦合模块和瞬态分析模块；瞬态物理模块，在启动后的第一个大时间步长内，所述瞬态物理模块接收从稳态物理装置传递来的信息，所述信息包括中子通量分布信息、中子密度信息和中子价值信息，根据接收到的信息计算得到轴向功率分布信息，并传出所述轴向功率分布信息和计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括中子通量分布信息、先驱核浓度信息和功率值信息；在第一个大时间步长结束后，在第二个或其后的大时间步长内，所述瞬态物理模块接收从瞬态耦合模块传递来的信息，所述信息包括中子通量分布信息、中子密度信息和中子价值信息，根据接收到的信息计算得到轴向功率分布信息，并传出所述轴向功率分布信息和计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括中子通量分布信息、先驱核浓度信息和功率值信息，进入下一个大时间步长时重复该过程；瞬态热工模块，在启动后的第一个大时间步长内，所述瞬态热工模块接收稳态热工参数信息，所述稳态热工参数信息包括稳态工况下的燃料芯块温度、包壳表面温度、冷却剂温度、慢化剂温度、冷却剂密度和慢化剂密度，根据接收到的稳态热工参数信息计算得到工质温度分布信息和工质密度分布信息，并传出计算得到工质温度分布信息和工质密度分布信息以及计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括瞬态工况下的燃料芯块温度、包壳表面温度、冷却剂温度、慢化剂温度、冷却剂密度和慢化剂密度；在第一个大时间步长结束后，在第二个或其后的大时间步长内，所述瞬态热工模块接收从瞬态耦合模块传递来的瞬态热工参数信息，所述瞬态热工参数信息包括瞬态工况下的燃料芯块温度、包壳表面温度、冷却剂温度、慢化剂温度、冷却剂密度和慢化剂密度，根据接收到的瞬态热工参数信息计算得到工质温度分布信息和工质密度分布信息，并传出计算得到工质温度分布信息和工质密度分布信息以及计算过程中得到的中间过程信息，所述中间过程信息包括瞬态工况下的燃料芯块温度、包壳表面温度、冷却剂温度、慢化剂温度、冷却剂密度和慢化剂密度，进入下一个大时间步长时重复该过程；瞬态耦合模块，其用于接收每个大时间步长内，瞬态物理模块和瞬态热工模块传出信息，对接收到的信息进行转换，并将转换所得的数据信息分别传给瞬态热工模块和瞬态物理模块；瞬态分析模块，其用于接收瞬态物理模块在每个大时间步长输出的轴向功率分布信息和瞬态热工模块在每个大时间步长输出的工质温度分布信息和工质密度分布信息，并将接收到的信息与安全系数信息进行比较，若接收到的信息超出允许的安全范围，发出指令控制降低反应堆反应速率，并报警；若接收到的信息在允许的安全范围内，待接收到下一个大时间步长的信息后继续与安全系数信息进行比较。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，陈娟，李宇，刘亮，程万旭，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11