[发明专利]基于阻力分布包含格架搅混效应的子通道分析方法

说明书

技术领域

本发明属于反应堆燃料组件流体动力学模拟和分析技术领域，具体涉及一种基于阻力分布包含格架搅混效应的子通道分析方法。

背景技术

在核电站的设计和运行中，临界热流密度(CHF)、临界功率是限制核电站运行的最重要的参数之一。在临界功率以下，反应堆可以最大限度安全地将核能转换成电能。燃料棒束CHF和堆芯的局部热工水力参数密切相关，鉴于反应堆堆芯子通道复杂的几何结构以及宽参数范围的运行工况，并不能在理论上对CHF完全给出解析解。

传统核燃料棒束的CHF关系式是基于棒束实验数据和子通道程序计算出的局部热工水力参数开发得到。而为了获得这些反应堆工况下的实验数据需耗费相当大的财力和较长的时间周期。基于此开发的CHF关系式用来进行核电站运行安全分析并指导核燃料设计。子通道分析方法是目前安审必备的工具，用计算反应堆堆芯的局部热工水力参数并藉以做出安全分析和评估其CHF限值，这是反应堆安全分析的关键步骤。目前除了因为集总参数平均效应产生的不准确性以外，子通道分析主要的弊端之一是缺少对绝大多数反应堆堆芯中所使用格架的搅混性能的模拟和计算。因此，目前所有子通道程序在计算局部热工水力参数时普遍存在很大的不确定性和误差。这种不确定性和误差，在CHF关系式开发拟定时，经常需借助大量棒束CHF实验数据来弥补，并导致其拟定的CHF关系式应用范围的局限性。同时，在安全分析时，这种子通道程序在计算局部热工水力参数时的不确定性也经常导致CHF计算中很大的误差，并因而产生很大的设计限值及设计偏差，使得反应堆运行效率偏低或安全系数降低。

由于对搅混格架功能缺乏认知，目前所有的子通道程序均将搅混格架的模拟简化为普通的形阻系数或总体性的所谓“搅混系数”(β或TDC)，完全无法对格架上各个关键部件(如搅混翼、弹簧、刚凸和焊点等)的不同搅混性能进行模拟。此外，有人提出了在子通道分析方法中，采用基于雷诺数开发的形阻系数关系式来代替原来的形阻系数常量。而采用上述方法，因为所用的形阻系数关系式与格架几何结构仍然无关，依旧不能精确地反映格架的搅混特性，无法消除局部热工水力参数计算的不准确性。

发明内容

本发明目的是提供一种基于阻力分布包含格架搅混效应的子通道分析方法，该方法通过拟合能够反映搅混格架关键部件搅混性能的动量源项关系式，并将该动量源项关系式添加至对应的动量守恒方程中，求解新的守恒方程，从而获得反应堆堆芯内更准确的局部热工水力参数，使得CHF值和CHF位置的预测更加准确。

本发明的技术解决方案是：

一种基于阻力分布包含格架搅混效应的子通道分析方法，包括以下步骤：

1)预设待分析的反应堆堆芯的CHF值和CHF位置的预测值的准确度；

2)收集搅混格架在不同工况下的实验数据；

所述搅混格架为待分析的反应堆堆芯的搅混格架，或包含待分析的反应堆堆芯搅混格架在内的多种搅混格架；

所述实验数据包括至少四类：第一类和第二类实验数据为棒束轴向和径向非均匀加热工况下的CHF实验获得的CHF值和CHF位置，其余实验数据是在棒束通道压力分布、棒束通道流速分布、搅混实验获得的出口温度分布以及棒束通道流场温度中任选至少两类；

3)采取以下任一方法建立待分析的反应堆堆芯的搅混格架的动量源项关系式：

方法A)利用待分析的反应堆堆芯的搅混格架在不同工况下的至少四类实验数据直接拟合动量源项关系式；

方法B)利用待分析的反应堆堆芯的搅混格架在不同工况下的至少四类实验数据标定计算流体动力学软件，再用该软件在标定的范围内计算局部热工水力参数，拟合动量源项关系式；

方法C)利用所收集的多种搅混格架在不同工况下的至少四类实验数据拟合与所收集的多种搅混格架相匹配的动量源项通用关系式，再由待分析的反应堆堆芯的搅混格架在不同工况下的实验数据求得动量源项通用关系式的系数，最终获得反映该搅混格架关键部件搅混性能的动量源项关系式；所述关键部件包括搅混翼、条带、刚凸、弹簧和焊点；

4)在子通道程序中添加步骤3)获得的动量源项关系式，再用该子通道程序计算待分析的反应堆堆芯的热工水力参数，从中得到该反应堆堆芯不同工况下CHF值和CHF位置的预测值；

5)分别判断该反应堆堆芯不同工况下CHF值的预测值与步骤2)中所收集的CHF值之间的比值，以及不同工况下CHF位置的预测值与步骤2)中所收集的CHF位置之间的差值是否满足步骤1)中所预设的准确度；若任意一项不满足，则对子通道程序进行优化和/或对CHF关系式进行改进，再重复步骤4)和5)；