【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核热工水力，具体涉及基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法。
技术介绍
1、快堆是一种不需要减速剂、直接利用高能快中子来维持链式反应的核反应堆。相比于热中子反应堆，快堆具有更高的中子经济性，这使得它在燃料增殖、资源利用和核废料处理方面具有独特的优势。铅基冷快堆则是一种以铅或铅铋合金作为冷却剂的快堆类型，其具有耐高温、耐腐蚀和高密度等优点，适合长寿命、封闭运行的设计理念，是未来第四代核反应堆技术的代表之一。但是由于铅/铅铋作为冷却剂的高密度和高比热容等物性，流体动力学和传热特性较为复杂，尤其在微堆的紧凑结构中更为显著，且铅基冷微堆内结构较为复杂，以兆瓦级紧凑型铅冷快堆小微型铅冷快堆设计方案为例，小微型铅冷快堆采用一体化布置，蒸汽发生器、主泵等均布置在压力容器内，堆芯布置在反应堆压力容器底部，主泵布置在堆芯正上方中心位置，周围均匀布置着螺旋管式结构的6台主换热器。液态铅冷却剂流经堆芯时，吸收核燃料裂变所产生的热量，在此过程中温度升高。随后冷却剂向上流动进入主泵，通过主泵加压后流入主换热器。在主换热器腔体内冷却剂自上而下流动，在此过程中与管内二次侧冷流体实现热量传递，温度降低。冷却剂在离开主换热器腔体后，继续向上流动，然后通过压力容器壁面孔道流入下降通道，最终回到堆芯，完成一次循环。在较为复杂的几何结构(如狭窄通道、细小燃料组件)中要求精细的网格划分，极大的增加了计算成本。因此，直接对铅基冷微堆展开三维全堆芯一体化数值模拟计算面临很大的挑战。
2、目前国内外针对铅基冷快堆内部冷热工水力计算广泛应
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，本方法基于udf开发了铅/铅铋随温度变化的物性模块以及适用于液态金属冷却剂的湍流普朗特数模型，通过多孔介质模型将结构复杂的燃料组件结构和螺旋管式换热器进行简化，此外，为解决一体化建模中网格数量较多和计算负荷较大的问题对一回路不同部件进行简化并分区网格划分，通过interface进行连接耦合，实现分区之间的流体和热量交换。通过该方法，可以高效、精确的实现堆芯、螺旋管式换热器、泵通道、堆芯流量分配以及全堆芯一体化的数值模拟计算，达到减小模型修改以及数值计算的工作量的目的。
2、本专利技术的技术方案如下：基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，包括如下步骤：
3、步骤1：开发冷却剂铅/铅铋的密度、定压比热容、热导率及粘度的热物性模块；
4、步骤2：对于湍流模型中的一项湍流普朗特数prt的数值，进行确定；
5、步骤3：针对单盒燃料组件开展1：1模型的cfd数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行堆芯燃料组件的压降耦合，得到单盒燃料组件的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数；
6、步骤4：获取主换热器的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数；
7、步骤5：针对铅基冷微堆堆芯区域流量分配开展cfd数值模拟计算；
8、步骤6：针对铅基冷微堆进行一体化建模，对堆芯、泵通道、主换热器以及冷却剂流道进行简化。
9、所述的步骤2中确定prt的经验公式为：
10、
11、所述的步骤3基于fluent软件针对单盒燃料组件开展1：1模型的cfd数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行堆芯燃料组件的压降耦合，得到单盒燃料组件的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数；依据公式计算雷诺数范围，通过函数define_execute_at_end(calculate_re_and_switch_model)、rp_set_string("models/viscous","laminar")、rp_set_string("models/viscous","k-epsilon")进行流动模型切换，实现堆芯“盒间流+盒内流”联立计算方法。
12、所述的步骤4基于fluent软件针对螺旋管式换热器开展1：1模型的cfd数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行主换热器的压降耦合，得到主换热器的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数。
13、所述的步骤6堆芯燃料组件及螺旋管式主换热器采用多孔介质模型进行简化，并分区进行网格划分，编译冷却剂热物性及湍流普朗特数udf，耦合单盒燃料组件和主换热器的热工模拟计算结果，实现堆芯、主换热器及其他冷却剂流道的一体化热工计算。
14、本专利技术的有益效果在于：本专利技术以小微型铅冷快堆为例，通过对物性模块以及湍流普朗特数计算模块的udf开发和调用，能够更加准确的模拟液态金属铅在流动过程中物性参数以及在湍流模型中湍流导热率的变化。通过对单盒燃料组件和螺旋管式换热器开展1：1数值模拟计算，获取对应区域的多孔介质模型参数，从而对结构复杂的燃料组件结构和螺旋管式换热器进行简化，极大的降低了计算成本。此外，针对一体化划分网格数量较多的问题对一回路不同部件分区进行网格划分，将各个部件通过interface进行耦合连接，进而实现铅基冷微堆的堆芯流量分配以及一体化模型的热工水力数值模拟计算。
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1.基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤1中在计算中将冷却剂液态铅/铅铋的物性参数表示为温度的函数，如下表所示
3.如权利要求1所述的基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤2中确定Prt的经验公式为：
4.如权利要求1所述的基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤3基于Fluent软件针对单盒燃料组件开展1：1模型的CFD数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行堆芯燃料组件的压降耦合，得到单盒燃料组件的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数；依据公式计算雷诺数范围，通过函数DEFINE_EXECUTE_AT_END(calculate_Re_and_switch_model)、RP_Set_String("models/viscous","laminar")、RP_Set_String("models/visc
5.如权利要求1所述的基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤4基于Fluent软件针对螺旋管式换热器开展1：1模型的CFD数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行主换热器的压降耦合，得到主换热器的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数。
6.如权利要求1所述的基于UDF开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤6堆芯燃料组件及螺旋管式主换热器采用多孔介质模型进行简化，并分区进行网格划分，编译冷却剂热物性及湍流普朗特数UDF，耦合单盒燃料组件和主换热器的热工模拟计算结果，实现堆芯、主换热器及其他冷却剂流道的一体化热工计算。
...【技术特征摘要】
1.基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤1中在计算中将冷却剂液态铅/铅铋的物性参数表示为温度的函数，如下表所示
3.如权利要求1所述的基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤2中确定prt的经验公式为：
4.如权利要求1所述的基于udf开发的三维铅基冷微堆一体化热工水力计算方法，其特征在于：所述的步骤3基于fluent软件针对单盒燃料组件开展1：1模型的cfd数值模拟计算，获取流速、压降参数，通过拟合f-v关系式，进行堆芯燃料组件的压降耦合，得到单盒燃料组件的多孔介质模型粘性阻力系数和惯性阻力系数；依据公式计算雷诺数范围，通过函数define_execute_at_end(calculate_re_and_switch_model)、r...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆道纲，张阳光，王孝天，曹琼，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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