【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温气冷堆检测，尤其涉及一种球床式高温气冷堆进气事故计算方法及系统。
技术介绍
1、核能作为清洁能源，是促进能源可持续利用的重要一环。球床式高温气冷堆，是第四代先进核反应堆技术，采用氦气作为冷却剂，耐高温的石墨作为慢化剂和堆芯结构材料，以及全陶瓷覆盖的包覆颗粒燃料元件，具有固有安全性高、堆芯出口温度高、发电效率好等优势。
2、一回路破口导致的进气事故是模块化球床高温堆的超设计基准事故，其虽然发生概率极低，但是由于空气进入引起石墨材料的氧化腐蚀，从而导致严重的事故后果，所以有必要对高温气冷堆进气事故进行安全分析。进气事故是一回路压力边界发生破口(进料管或卸料管双端断裂)造成失冷失压的后续事故进程，待回路压力泄压至环境压力，冷却剂氦气流失，空气进入堆芯形成自然循环，需要考虑堆芯石墨氧化的化学腐蚀量和产热量对燃料元件的影响。
3、而目前高温气冷堆堆芯结构庞大且复杂，系统分析程序无法准确计算各区域的具体腐蚀情况，也无法精确计算产热量，从而对事故判断和评估都缺少支撑方案，导致无法准确分析事故进行预防。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术提供了一种球床式高温气冷堆进气事故计算方法及系统解决目前由于庞大且复杂得到高温气冷堆堆芯结构无法准确计算各区域的具体腐蚀情况，也无法精确计算产热量，从而对事故判断和评估都缺少支撑依据，无法准确分析事故进行预防的问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术
4、第一方面，本专利技术提供了一种球床式高温气冷堆进气事故计算方法，包括：
5、依据气冷堆堆芯结构和热工水力特性，将堆芯结构划分为二维网格，计算初始堆芯温度分布；
6、构建堆芯回路模型，获取质量流量源和压力边界，以此计算冷却剂的质量和动量，得到网格内的初始冷却剂流量分布；
7、依据初始堆芯温度分布和初始冷却剂流量，模拟失冷失压状态得到该状态下的堆芯温度分布和冷却剂流量分布；
8、模拟失冷失压后回路空气质量源进入堆芯的状态，并迭代计算，所述迭代计算包括：通过失冷失压状态下的堆芯温度分布、冷却剂流量分布和网格气体组分，结合化学反应，获取网格内的化学反应速率、反应放热及各反应气体产物，迭代更新堆芯温度分布以及气体组分和气体流动状态，以获取网格内石墨腐蚀量和耗氧量；
9、依据石墨总腐蚀量判断燃料球包壳完整性，依据总耗氧量进行事故评估。
10、作为本专利技术所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法的一种优选方案，其中：初始堆芯温度分布表示为：
11、
12、式中，ts为固体介质温度；ε、ρs、cs为孔隙率、固体介质密度和热容；λs,eff为有效热导率；qs为燃料元件外部界面的热通量；α(tg-ts)为固体和冷却剂气体之间的对流传热项。孔隙率为0表示无气体流动；
13、初始冷却剂流量通过冷却剂的质量和动量守恒获得，表示为：
14、
15、其中，ρm为冷却剂密度，为速度，sm一般为出入口节点处冷却剂源；
16、
17、其中，为粘性应力张量，为重力加速度矢量，为质量源/汇产生的动量，为冷却剂流过多孔介质或一维流动组份产生的阻力；顶部箭头表示向量，下划线表示张量，为两个向量的并矢积，
18、作为本专利技术所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法的一种优选方案，其中：所述失冷失压状态下的堆芯温度分布、冷却剂流量分布与初始堆芯温度分布和初始冷却剂流量分布计算方式相同。
19、作为本专利技术所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法的一种优选方案，其中：所述化学反应包括空气在石墨通道内的均相化学反应，所述均相化学反应的反应式为：
20、2co+o2→2co2
21、2h2+o2→2h2o
22、δh1＝-5.64×105j/mol
23、δh2＝-4.84×105j/mol
24、所述均相化学的反应速率表示为：
25、
26、
27、
28、其中，ca是物质浓度mol/m3，ea是活化能，r是气体常数，t是温度，kij是化学反应因子，f2是反应速率，mol/m3/s；
29、所述均相化学反应的热能变化率表示为：
30、
31、其中，是时间步长下co和h2o平均浓度变化量，δhi是对应的反应焓变，j/mol。
32、5.如权利要求4所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述化学反应还包括石墨的非均相化学反应，所述非均相化学反应的石墨表面反应速率表示为：
33、
34、其中，mc是石墨摩尔质量，k是化学反应频率因子，是活化能，a表示气体常数，t是反应温度；
35、气体从流入到石墨表面的传质速率表示为：
36、
37、
38、其中，r0是气体常数，t是温度，是入流的氧分压，β是传质系数，是石墨表面氧分压，dh是不同形状对应的特征长度，sh是无量纲舍伍德数，是氧气溶于堆芯气体中的特性系数；
39、单位时间的石墨转化率为:
40、
41、作为本专利技术所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法的一种优选方案，其中：迭代更新堆芯温度分布以及气体组分和气体流动状态，具体包括：
42、以tn时刻失冷失压状态下的堆芯温度分布、冷却剂流量分布和网格气体组分为初始计算基础；
43、计算石墨的非均相化学反应的石墨转化率，以获取网格内石墨腐蚀量；
44、计算空气在石墨通道内的均相化学反应的热能变化率，以计算网格内反应放热，获取网格内耗氧量；
45、更新网格气体组分和热源项，计算新的堆芯温度分布和新的冷却剂流量分布；
46、判断温度和流量相邻迭代结果是否收敛，若收敛，则迭代计算tn+1时刻下的堆芯温度分布和冷却剂流量分布；若未收敛，则返回tn时刻初始计算。
47、作为本专利技术所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法的一种优选方案，其中：依据石墨腐蚀量判断燃料球包壳完整性，包括：
48、累计获取每个时刻下的网格石墨腐蚀量；
49、当考虑石墨均匀腐蚀时，若达到第一预设值使得包覆颗粒裸露，则判断该状态下有泄漏风险，所述第一预设值为仅考虑球床位置的腐蚀量与石墨总量的占比值；
50、当考虑石墨不均匀腐蚀时，若达到第二预设值使得包覆颗粒裸露，则判断该状态下有泄漏风险，所述第二预设值为结合不均匀系数后计算球床位置的腐蚀量与石墨总量的占比值。
51、第二方面，本专利技术提供了一种球床式高温气冷堆进气事故计算系统，包括：
52、第一温度获取模块，用于依据气冷堆堆芯结构和热工水力特性，将堆芯结构划分为二维网格，计算初始堆芯温度分布；
5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，初始堆芯温度分布表示为：
3.如权利要求1或2所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述失冷失压状态下的堆芯温度分布、冷却剂流量分布与初始堆芯温度分布和初始冷却剂流量分布计算方式相同。
4.如权利要求3所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述化学反应包括空气在石墨通道内的均相化学反应，所述均相化学反应的反应式为：
5.如权利要求4所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述化学反应还包括石墨的非均相化学反应，所述非均相化学反应的石墨表面反应速率表示为：
6.如权利要求1或5所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，迭代更新堆芯温度分布以及气体组分和气体流动状态，具体包括：
7.如权利要求6所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，依据石墨腐蚀量判断燃料球包壳完整性，包括：
8.一种应用如权利要求1所述的球床式
9.一种电子设备，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述球床式高温气冷堆进气事故计算方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，初始堆芯温度分布表示为：
3.如权利要求1或2所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述失冷失压状态下的堆芯温度分布、冷却剂流量分布与初始堆芯温度分布和初始冷却剂流量分布计算方式相同。
4.如权利要求3所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述化学反应包括空气在石墨通道内的均相化学反应，所述均相化学反应的反应式为：
5.如权利要求4所述的球床式高温气冷堆进气事故计算方法，其特征在于，所述化学反应还包括石墨的非均相化学反...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，史进，王朗，李雪琳，郭劲松，刘嵩阳，张枫，
申请(专利权)人：华能核能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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