一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法，装置包括中子物理模块、热工水力模块和燃料分析模块；方法包括通过内层迭代模块迭代计算燃料

【技术实现步骤摘要】
一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法


[0001]本专利技术涉及反应堆分析
，具体涉及一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法。

技术介绍

[0002]反应堆内复杂多物理场环境下的堆内行为预测十分困难，例如在核反应堆模拟中，通常将中子输运过程、冷却剂流动换热过程及燃料材料辐照行为演化过程分离求解，一方面制约了各专业程序的预测精度和分析能力，另一方面也会影响不同专业程序间的协同设计效率。
[0003]已有的反应堆多物理场耦合分析技术以中子中子物理分析程序与热工水力程序间的核
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热耦合为主，其主要特征为：1)以整个堆芯为分析对象；2)耦合参数较为简单，主要关注反应堆裂变释热及热量导出等关键特性；3)通常不考虑材料内部精细的热力学性能演化，无法精细化评价燃料组件的综合性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是反应堆内物理元件复杂，现阶段以中子物理分析程序与热工水力程序为主的耦合模型，无法精细化的评价燃料组件综合性能，目的在于提供一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法，实现了考虑内部热力学性能的情况下，精细化评价燃料组件的综合性能。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]第一方面，一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，包括：
[0007]中子物理模块，其内设有中子物理分析程序；
[0008]热工水力模块，其内设有热工水力分析程序；
[0009]燃料分析模块，其内设有燃料组件性能分析程序；
[0010]所述中子物理模块、所述热工水力模块和所述燃料分析模块通信连接；
[0011]所述燃料分析模块和所述热工水力模块构成内层迭代模块，所述燃料分析模块向所述热工水力模块输出的参数包括燃料元件表面热流密度、流道变形数据；所述热工水力模块向所述燃料分析模块输出的参数包括冷却剂温度、冷却剂换热系数；
[0012]所述中子物理模块和所述内层迭代模块构成外层迭代模块，所述中子物理模块向所述内层迭代模块输出的参数包括燃料元件的功率和燃耗，所述内层迭代模块向所述中子物理模块输出的参数包括整合温度场和冷却剂密度。
[0013]可选地，所述中子物理分析程序为蒙卡运输程序、MOC物理分析程序；
[0014]所述热工水力分析程序为子通道程序、CFD程序；
[0015]所述燃料组件性能分析程序为FEM程序；
[0016]所述中子物理模块通过物理计算网格执行；
[0017]所述热工水力模块通过热工计算网格执行；
[0018]所述燃料分析模块通过燃料计算网格执行。
[0019]第二方面，一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，基于上述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，所述方法包括：
[0020]通过内层迭代模块迭代计算热力水工模块和燃料分析模块的第一耦合数据；
[0021]判断第一耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则通过外层迭代模块迭代计算内层迭代模块和中子物理模块的第二耦合数据；
[0022]判断第二耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则判断是否达到时间步终点，若否，则进行新时间步初始化后重新迭代计算第一耦合数据和第二耦合数据；若是，则输出耦合模型。
[0023]具体地，所述第一耦合数据为燃料
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热工耦合数据，获得所述第一耦合数据的迭代方法包括：
[0024]进行新时间步初始化；
[0025]中子物理模块输出燃料元件的功率和燃耗；
[0026]将燃料元件的功率和燃耗映射到燃料分析模块，燃料分析模块读取燃料元件的功率和燃耗、冷却剂温度、换热系数，并执行燃料组件性能分析程序，获得燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据；
[0027]将燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据映射到热工水力模块，热工水力模块读取燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据，并执行热工水力分析程序，获得冷却剂温度和换热系数；
[0028]将冷却剂温度和换热系数作为燃料
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热工耦合数据；
[0029]判断燃料
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热工耦合数据是否收敛，若否，则将热工水力分析程序获得的冷却剂温度和换热系数映射至燃料分析模块，燃料分析模块迭代执行执行燃料组件性能分析程序；若是，则完成内层迭代，输出固体域温度场、流体域温度场、冷却剂密度场。
[0030]具体地，所述第二耦合数据为燃料
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物理
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热工耦合数据，获得第二耦合数据的方法包括：
[0031]将固体域温度和流体域温度整合，获得整合温度场；
[0032]将整合温度场和冷却剂密度场作为燃料
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物理
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热工耦合数据；
[0033]判断燃料
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物理
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热工耦合数据是否收敛，若否，则将整合温度场和冷却剂密度映射至中子物理模块，中子物理模块执行中子物理分析程序；若是，则判断是否达到时间步终点，若否，则进行新时间步初始化后重新迭代第一耦合数据和第二耦合数据；若是，则输出耦合模型。
[0034]所述固体域温度的定义域为芯块和包壳，所述冷却剂温度、所述冷却剂密度、所述冷却剂换热系数、所述流道变形数据的定义域为流体区域，所述功率、所述燃耗的定义域为芯块，所述燃料元件表面热流密度的定义域为包壳壁面。
[0035]具体地，所述燃料组件包括多个呈矩阵排列分布的燃料元件，并构成燃料元件矩阵A；
[0036]按照燃料元件矩阵A布置冷却剂流道矩阵B；
[0037]选取A
ij
的燃料元件的功率和燃耗，及B
ij
的冷却剂温度和换热系数，并并行执行燃料元件性能分析程序，获得第(i，j)个燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据；
[0038]待所有并行执行的程序完成后，将各个燃料元件和冷却剂流道的计算结果输出；
[0039]其中，A
ij
为矩阵A的(i，j)位置上的燃料元件，B
ij
为矩阵B的(i，j)位置上的冷却剂流道。
[0040]作为一个可选地实施例，所述计算方法包括：
[0041]S1、进行全局初始化；
[0042]S2、进行新时间步初始化；
[0043]S3、中子物理模块读取整合温度场和冷却剂密度；
[0044]S4、执行中子物理分析程序，获得燃料元件的功率和燃耗；
[0045]S5、将燃料元件的功率和燃耗映射到燃料分析模块，燃料分析模块读取燃料元件的功率和燃耗、冷却剂温度、换热系数；
[0046]S6、执行燃料组件性能分析程序，获得燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据；
[0047]S7、将燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据映射到热工水力模块，热工水力模块读取燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，其特征在于，包括：中子物理模块，其内设有中子物理分析程序；热工水力模块，其内设有热工水力分析程序；燃料分析模块，其内设有燃料组件性能分析程序；所述中子物理模块、所述热工水力模块和所述燃料分析模块通信连接；所述燃料分析模块和所述热工水力模块构成内层迭代模块，所述燃料分析模块向所述热工水力模块输出的参数包括燃料元件表面热流密度、流道变形数据；所述热工水力模块向所述燃料分析模块输出的参数包括冷却剂温度、冷却剂换热系数；所述中子物理模块和所述内层迭代模块构成外层迭代模块，所述中子物理模块向所述内层迭代模块输出的参数包括燃料元件的功率和燃耗，所述内层迭代模块向所述中子物理模块输出的参数包括整合温度场和冷却剂密度。2.根据权利要求1所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，其特征在于，所述中子物理分析程序为蒙卡运输程序、MOC物理分析程序；所述热工水力分析程序为子通道程序、CFD程序；所述燃料组件性能分析程序为FEM程序；所述中子物理模块通过物理计算网格执行；所述热工水力模块通过热工计算网格执行；所述燃料分析模块通过燃料计算网格执行。3.一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，所述方法包括：通过内层迭代模块迭代计算热力水工模块和燃料分析模块的第一耦合数据；判断第一耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则通过外层迭代模块迭代计算内层迭代模块和中子物理模块的第二耦合数据；判断第二耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则判断是否达到时间步终点，若否，则进行新时间步初始化后重新迭代计算第一耦合数据和第二耦合数据；若是，则输出耦合模型。4.根据权利要求3所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，所述第一耦合数据为燃料
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热工耦合数据，获得所述第一耦合数据的迭代方法包括：进行新时间步初始化；中子物理模块输出燃料元件的功率和燃耗；将燃料元件的功率和燃耗映射到燃料分析模块，燃料分析模块读取燃料元件的功率和燃耗、冷却剂温度、换热系数，并执行燃料组件性能分析程序，获得燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据；将燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据映射到热工水力模块，热工水力模块读取燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据，并执行热工水力分析程序，获得冷却剂温度和换热系数；将冷却剂温度和换热系数作为燃料
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热工耦合数据；判断燃料
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热工耦合数据是否收敛，若否，则将热工水力分析程序获得的冷却剂温度和换热系数映射至燃料分析模块，燃料分析模块迭代执行燃料组件性能分析程序；若是，则完
成内层迭代，输出固体域温度场、流体域温度场、冷却剂密度场。5.根据权利要求4所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，所述第二耦合数据为燃料
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物理
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热工耦合数据，获得第二耦合数据的方法包括：将固体域温度场和流体域温度场整合，获得整合温度场；将整合温度场和冷却剂密度场作为燃料
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物理
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热工耦合数据；判断燃料
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物理
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热工耦合数据是否收敛，若否，则将整合温度场和冷却剂密度映射至中子物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐飞鹏，刘振海，周毅，马超，李垣明，李庆，曾未，宫兆虎，王杰，强胜龙，尹强，刘勇，赵文博，刘卢果，王啸宇，路怀玉，魏洪杨，李权，陈浩，赵波，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：