【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核反应堆工程，具体为回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法及系统。
技术介绍
1、散体堆积床形式的核反应堆系统具有在线连续、不停堆/停机、无需维修等特征，已用于循环流化床、球磨床、球床型高温气冷堆等，并已在聚变堆堆芯中有了初步的设计和应用价值。
2、由于散体堆积床内散体颗粒在流动过程中，颗粒与颗粒之间相互摩擦而造成颗粒表面磨损；颗粒在回路通道内循环流动时经过管道、阀门、管道截面突变等造成颗粒受到磨损。磨损时剥离出粉尘颗粒，甚至大块碎片。粉尘颗粒因质量较轻，在回路内受到一定流速的流体载带作用，随着散体颗粒的流动而伴随流动。迁移着的粉尘颗粒在回路内遇到漩涡或低压区，速度减缓或停滞、沉积造成回路的流通面积下降；遇到阀门等机械节流件更容易沉积在设备缝隙处，造成设备卡死或功能丧失；粉尘颗粒因比表面积大，当满足化学反应条件时，相比散体颗粒而言更容易产生有害的化学产物等。上述情况均会危害到系统回路和设备的正常运行。
3、由于投入工程应用的回路系统庞大，涉及的设备仪表众多，再加上散体堆积床内散体颗粒运动和分布的不确定性，造成直接对整个回路系统进行全尺度数值模拟计算的成本昂贵，对计算资源的要求高。故对于工程应用级别的回路通道，尚未建立合理的粉尘迁移运输的计算方法。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：为了克服直接对系统回路内粉尘迁移运输模拟而要求的计算成本问题。
3、为解决上述技术问
4、收集散体堆积床的回路系统的结构和布置数据，确定散体堆积床内散体颗粒的几何形状、颗粒堆积的体积份额；
5、根据颗粒堆积的体积份额得到等效圆柱体内堆积的散体颗粒分布，根据散体颗粒的几何形状建立散体颗粒的离散元模型；
6、在离散元模型中建立周期性立方单元体，进行模拟计算，得到磨损率变化情况；
7、将回路系统简化为一维模型并标记管道属性和序号标记，对一位模型进行扩展成为二维平面模型；计算散体颗粒离散元模型在回路系统内沿程的脱落颗粒数，获得各对应划分节点处的磨损率；
8、进行散体颗粒在回路内循环的流动换热耦合计算，确定事件段内各节点处的压力、流体速度、各节点处的粉尘产生量情况，获得整个回路系统内粉尘迁移和运输的情况。
9、作为本专利技术所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的一种优选方案，其中：所述回路系统的结构和布置数据包括，收集回路系统的总体设计、流体流动路径、散体堆积床的位置和大小、以及泵、阀、传感器的布置情况；
10、确定包含散体堆积床的回路系统的结构和布置，确定散体堆积床内散体颗粒的几何形状、颗粒堆积的体积份额；利用成像技术来获取散体颗粒的详细几何形状数据，通过直接测量散体堆积床的尺寸和颗粒填充量来评估颗粒堆积的体积份额。
11、作为本专利技术所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的一种优选方案，其中：所述等效圆柱体包括，根据散体堆积床内散体颗粒的堆积情况，确定散体堆积床对应的等效圆柱体的几何尺寸，根据颗粒堆积的体积份额得到等效圆柱体内堆积的散体颗粒分布，计算出沿圆柱体高度方向上的颗粒所受的重力，确定出高度方向上颗粒所受重力的函数分布，公式表示为：
12、
13、其中，g(h)表示从等效圆柱体底部到高度h处颗粒所受的累积重力；h表示等效圆柱体的总高度；γ(h)表示高度h处的颗粒重力影响函数，考虑了颗粒形状和分布的影响；ρ表示颗粒的密度；g表示重力加速度；a(h)表示高度h处等效圆柱体横截面的面积，用πr2来表示，其中r表示等效圆柱体的半径；ξ(h)表示一个调节函数，反映了高度h处颗粒堆积密度对重力分布的影响；φ是颗粒堆积的体积份额；ψ(h)表示高度h处的颗粒压实度函数，与颗粒间的相互作用以及颗粒与圆柱体壁面的摩擦有关。
14、作为本专利技术所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的一种优选方案，其中：所述散体颗粒的离散元模型包括，实际产生的粉尘颗粒形状各异，参考工程上水力直径的概念，对实际产生的粉尘颗粒忽略形状差异造成的影响，根据散体颗粒的几何形状，确定出散体颗粒的离散元模型，公式表示为：
15、
16、其中，ftotal表示系统内所有颗粒的总受力，考虑了颗粒间的法向力和切向力的贡献以及由颗粒形状引起的复杂相互作用的影响；n表示系统中颗粒估算数；kn表示法向刚度参数；kt表示切向刚度参数；表示第i个颗粒的法向位移；表示第i个颗粒的切向位移；s表示颗粒表面积的平均值，根据颗粒的实际几何形状计算得到；是第i个颗粒的等效直径；τ(φ,η)表示复杂信息过滤函数；η表示颗粒系统的整体粘度；σ(ρ,∈,μ)表示由颗粒的物理性质密度ρ、弹性模量∈和摩擦系数μ导致的内部应力分布；考虑颗粒体系内部的应力累积效应，在颗粒系统的体积v内积分；
17、离散元模型是以一定的颗粒配比分布方式生成球形颗粒填充而成，经参数标定后确定的细观力学参数，包括法向刚度、切向刚度、抗拉强度、剪切强度、摩擦系数参数，获得散体颗粒准确的离散元模型。
18、作为本专利技术所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的一种优选方案，其中：所述磨损率变化情况包括，根据散体颗粒的几何形状和颗粒堆积的体积份额，在离散元模拟软件中建立周期性立方单元体，周期性立方单元体的所有面均为周期性边界条件；该单元体尺寸的选取应代表等效圆柱体内轴向高度的散体颗粒堆积情况；在立方单元体内，堆积的最上一层散体颗粒进行计算得到的重力函数分布；
19、设定周期性立方单元体上表面落入一个散体颗粒，下表面至少落出一个散体颗粒且保持单元体内散体颗粒堆积的体积份额保持恒定；
20、对于等效圆柱体轴向上给定一高度下，由离散元模拟软件进行指定时间内的离散元模拟计算，获得指定时间内，该高度下的磨损率随时间的变化情况，磨损率是通过统计在模拟时间步内，单元体内散体颗粒离散元模型脱落的颗粒数，公式表示为：
21、
22、其中，r(h,t)表示在高度h和时间t内的磨损率；v(h)表示在高度h处等效圆柱体的体积份额；dn(h,t0)/dt0表示在高度h和时间t0内的脱落颗粒的速率；e-β·s(h,τ)表示归一化函数，用于调整脱落颗粒数的影响；β表示衰减系数；s(h,τ)表示颗粒表面积与颗粒体积比的函数；v(h)·ρ表示在高度h处颗粒的总质量；公式的值域为0≤r(h,t)≤1，表示在特定高度和时间内的相对磨损率；
23、指定时间t由工程实际的平均时间t0确定；获得指定时间内，等效圆柱体轴向上不同高度下磨损率随时间的变化情况，进而确定出指定时间内，散体堆积床随时间、高度变化的磨损率函数。
24、作为本专利技术所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的一种优选方案，其中：所述各对应划分节点处的磨损率包括，设定散体颗粒离散元模型从二维模型中产生，经由回本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述回路系统的结构和布置数据包括，收集回路系统的总体设计、流体流动路径、散体堆积床的位置和大小、以及泵、阀、传感器的布置情况；
3.如权利要求2所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述等效圆柱体包括，根据散体堆积床内散体颗粒的堆积情况，确定散体堆积床对应的等效圆柱体的几何尺寸，根据颗粒堆积的体积份额得到等效圆柱体内堆积的散体颗粒分布，计算出沿圆柱体高度方向上的颗粒所受的重力，确定出高度方向上颗粒所受重力的函数分布，公式表示为：
4.如权利要求3所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述散体颗粒的离散元模型包括，实际产生的粉尘颗粒形状各异，参考工程上水力直径的概念，对实际产生的粉尘颗粒忽略形状差异造成的影响，根据散体颗粒的几何形状，确定出散体颗粒的离散元模型，公式表示为：
5.如权利要求4所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述磨损率变化情况包括，根据散体
6.如权利要求5所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述各对应划分节点处的磨损率包括，设定散体颗粒离散元模型从二维模型中产生，经由回路的流动后返回到产生处，该过程对应散体颗粒从散体堆积床中流出，在回路系统内循环一次后返回散体堆积床的过程，计算时间由工程实际的平均时间确定；获得散体颗粒离散元模型在回路系统内沿程的脱落颗粒数，在模拟时间步内获得各对应划分节点处的磨损率。
7.如权利要求6所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述流动换热耦合计算包括，散体颗粒的磨损率作为代表性散体颗粒在回路系统内的磨损率，与散体颗粒在回路系统内的时间和位置有关；该磨损率作为一维模型多个节点序号处对应的拉格朗日法的离散颗粒流动方程单位时间下的源项Si，其中源项S0序号0对应散体堆积床单位磨损量，Si(i＝1,2,3,...,N)为回路系统内的单位磨损量；
8.一种采用如权利要求1-7任一所述方法的回路通道粉尘迁移运输的等效计算系统，其特征在于：
9.一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述回路系统的结构和布置数据包括，收集回路系统的总体设计、流体流动路径、散体堆积床的位置和大小、以及泵、阀、传感器的布置情况；
3.如权利要求2所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述等效圆柱体包括，根据散体堆积床内散体颗粒的堆积情况，确定散体堆积床对应的等效圆柱体的几何尺寸，根据颗粒堆积的体积份额得到等效圆柱体内堆积的散体颗粒分布，计算出沿圆柱体高度方向上的颗粒所受的重力，确定出高度方向上颗粒所受重力的函数分布，公式表示为：
4.如权利要求3所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述散体颗粒的离散元模型包括，实际产生的粉尘颗粒形状各异，参考工程上水力直径的概念，对实际产生的粉尘颗粒忽略形状差异造成的影响，根据散体颗粒的几何形状，确定出散体颗粒的离散元模型，公式表示为：
5.如权利要求4所述的回路通道粉尘迁移运输的等效计算方法，其特征在于：所述磨损率变化情况包括，根据散体颗粒的几何形状和颗粒堆积的体积份额，在离散元模拟软件中建立周期性立方单元体，周期性立方单元体的所有面均为周期性边界条件；该单元体尺寸的选取应代表等效圆柱体内轴向高度的散体颗粒堆积情况；在立方单元体内，堆积的最上一层散体颗粒进行计算得到的重力函...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾晨，史进，罗勇，周勤，刘伟，郭若楠，刘嵩阳，李雪琳，王朗，郭劲松，
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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