[发明专利]一种反应堆小破口多维度耦合分析方法

权利要求书

1.一种反应堆小破口多维度耦合分析方法，其特征在于：针对反应堆小破口中的热工水力现象，由不同的反应堆热工水力分析程序包括计算流体动力学计算程序、反应堆热工水力系统分析程序通过压力壳与安全壳之间实时双向的数据传递，实现耦合计算；

该方法包括以下步骤：

步骤1：在反应堆热工水力系统分析程序中根据压力壳几何结构参数建立几何模型，得到带有小破口的压力壳高压水-空气流体域几何模型，并将小破口位置确定为数据交互的耦合面；具体地，对压力壳高压水-空气流体域几何模型进行节点划分，并设置边界条件和初始条件，基于简化目的，在计算中压力壳高压水-空气流体域几何模型被处理为边界存在小破口的圆柱体，并将破口位置的控制体以及接管设置为耦合边界；

步骤2：获得安全壳的几何结构参数，在三维几何建模软件中对安全壳空气-水流体域进行建模，得到安全壳空气-水流体域几何模型；对安全壳空气-水流体域几何模型进行网格划分，并设置边界条件和初始条件，具体步骤如下：

步骤2-1：运用三维几何建模软件根据安全壳几何结构参数建立安全壳空气-水流体域几何模型，基于简化目的，在计算中安全壳空气-水流体域被处理为内部存在小破口的圆柱体；

步骤2-2：在步骤2-1获得的安全壳空气-水流体域几何模型的基础上进行网格划分，得到安全壳空气-水流体域网格模型；

步骤3：对反应堆热工水力系统分析程序以及计算流体动力学计算程序进行边界条件以及初始条件的设置，并根据T₀时刻的初始条件进行计算，得到压力壳高压水-空气流体域中小破口处出口流体温度、流速、组分浓度以及物性参数；

步骤4：将T_n时刻反应堆热工水力系统分析程序计算得到的压力壳高压水-空气流体域小破口处出口流体温度、流速、组分浓度以及物性参数作为安全壳空气-水流体域计算时的输入参数，作为计算流体动力学计算程序的入口条件，计算得到T_n+1时刻安全壳空气-水流体域内部热工水力参数分布，包括温度、压力、组分浓度以及物性参数，其中n＝0、1、2……，具体步骤如下：

步骤4-1：将T_n时刻反应堆热工水力系统分析程序计算得到的压力壳高压水-空气流体域小破口处出口流体温度、流速、组分浓度以及物性参数作为安全壳空气-水流体域输入参数，作为计算流体力学软件的入口条件；

步骤4-2：将安全壳空气-水流体域网格模型的侧壁面以及上下底面设置为壁面边界，依据真实事故条件将其设置为恒定壁面温度边界；

步骤4-3：通过求解混合物的质量、动量、能量及组分输运方程，得到安全壳内部空气-水流体域的混合物速度场、温度场、压力场以及组分浓度场，求解组分浓度场的组分输运方程为：

方程(1)为组分输运方程的具体形式，其中：

ρ——混合物的密度，kg/m³；

Y_i——混合物中的第i相质量份额，％；

——混合物的速度，m/s；

t——时间,s；

D_i,m——混合物中第i相的层流扩散系数m²·s^-1；

D_i,t——混合物中第i相的湍流扩散系数m²·s^-1；

步骤4-4：以步骤4-3中获得的混合物速度场、温度场、压力场以及组分浓度场为基础，得到高压水由于压力突降造成的蒸发质量，以及蒸汽受到低温壁面冷却的冷凝质量，并进一步更新得到的安全壳内部空气-水流体域的混合物速度场、温度场、压力场以及组分浓度场；具体地，蒸发质量和冷凝质量计算如下：

当流体温度大于饱和温度时，有：

当流体温度小于饱和温度时，有：

式中：

α_v——蒸汽份额；

ρ_v——蒸汽的密度，kg/m³；

——蒸汽速度，m/s；

——液态水速度，m/s；

α_l——液态水份额；

ρ_l——水的密度，kg/m³；

——蒸发质量，kg；

——冷凝质量，kg；

T_sat——饱和温度，K；

T_l——液态水温度，K；

T_v——蒸汽温度，K；

coeff——蒸发冷凝系数；

步骤5：将T_n+1时刻安全壳空气-水流体域内部温度、压力作为压力壳高压水-空气流体域小破口处出口边界条件，由反应堆热工水力系统分析程序计算T_n+1时刻压力壳高压水-空气流体域热工水力参数，包括小破口处出口流体温度、流速、组分浓度以及物性参数；

步骤6：重复步骤3至5，通过模型间的数据传递与反馈，迭代计算到设定的终止时间，计算停止。