[发明专利]池式快堆多热阱并行冷却三维CFD与系统程序耦合分析方法

说明书

本发明提供了一种池式快堆多热阱并行冷却三维CFD与系统程序耦合分析方法，将冷却回路使用一维系统程序来进行计算，在Fluent三维计算程序中进行一回路的计算，利用DLL的特性，使用UDF作为接口将Fortran系统程序计算的冷却回路结果与Fluent中计算的主回路结果实时交换，更新一、二回路交界处两边的边界条件，使得计算结果能够充分反映各回路之间的影响，获得各个工况下一回路更详细准确的温度场分布情况，在很大程度上减少计算资源的需求，提高计算资源的使用效率，进而实现较为详细的快堆三维瞬态数值模拟。

技术领域

本发明涉及计算机模拟技术领域，具体涉及一种基于三维计算程序Fluent中的UDF和一维系统程序动态数据库DLL，对三维CFD程序与一维系统程序进行耦合，以实现池式钠冷快堆多热阱并行冷却回路热工水力瞬态计算的分析方法。

背景技术

快堆能够消耗热中子堆产生的核废料，利用自然界中广泛存在的不易裂变核素产生热能，是目前六种第四代反应堆中相对而言技术最成熟、运行经验最丰富的堆型。但是快堆的结构十分复杂，冷却剂在反应堆中的流动难以完全捕捉，以实验快堆CEFR为例，CEFR一回路采用池式结构，堆芯、一回路设备都在主容器内，液态金属钠作为一回路冷却剂和二回路载热剂。堆本体呈一体化布置，包括堆芯、各类堆内组件、堆容器及堆内构件、控制棒驱动结构、一回路主循环泵、中间热交换器、事故余热排出系统的独立热交换器、堆内换料系统及设备、堆顶固定屏蔽和堆内参数测量装置等。主容器上部是氩气腔体，隔绝一回路钠和外部大气。一回路有两条并联的环路，每条环路上有一台主循环泵和两台中间热交换器。反应堆主容器内的构件包括：堆芯支承结构、堆内支承结构、堆内屏蔽、堆内热屏蔽、泵支承及泵支承补偿器、中间热交换器支承及中间热交换器支承补偿器、压力管和堆芯熔化收集装置。此外CEFR不同于其他快堆的非能动余热排出系统的设置方式，CEFR以及示范快堆采用堆内直接余热排出(DRACS)方式，将非能动余热排出系统的独立热交换器设置在一回路，使得一回路的结构以及冷却剂的流动也更加复杂。综合快堆上述特点，在研究事故工况下快堆的自然循环现象时，无论是数值模拟的建模还是计算都面临了很大的挑战。

目前核反应堆热工水力系统程序其计算模型大多为一维或简单的三维，粗放的网格无法有效模拟堆芯或者其他结构的流场细节；而计算流体力学(CFD)程序虽然能够进行精细的三维模拟，但由于所需网格数较大，受限于计算资源，一般只能进行相对较小尺度的模拟，无法对全堆芯或者系统回路的热工水力特性进行模拟。

在Fluent中的用户自定义函数(UDF)是用户用C语言编写，用DEFINE宏来定义的程序，可以动态的连接到Fluent求解器上来提高求解器性能。由于UDF可以定制边界条件，定义材料属性，定义表面和体积反应率，定义FLUENT输运方程中的源项，自定义标量输运方程(UDS)中的源项扩散率函数等等，在使用Fluent进行热工水力瞬态计算时被广泛应用。遗憾的是UDF并不能改善Fluent中的算法本身，只能通过编写的代码程序实现边界控制、与求解器之间的数据、计算模型参数控制等等。

因此，如何提供一种可综合利用系统程序和CFD程序两者优点的池式快堆各回路热工水力特性分析计算方法，以对于实现更为准确的池式钠冷快堆全堆的数值模拟分析是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种池式快堆多热阱并行冷却三维CFD与系统程序耦合分析方法，涉及三维计算程序CFD中的Fluent与Fortran编写的一维系统程序耦合计算的方法，应用该方法可在进行池式快堆数值模拟计算时，实现“池式快堆主回路三维详细计算+冷却回路功率实时动态变化”，进而得到更为贴合实际的数值模拟结果，充分发挥一维系统程序与三维计算程序Fluent的计算优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种池式快堆多热阱并行冷却三维CFD与系统程序耦合分析方法，池式快堆包括快堆主回路和冷却回路，包括如下步骤：