[发明专利]一种核电厂系统支管截止阀位置的确定方法

摘要

本发明公开了一种核电厂系统支管截止阀位置的确定方法，包括以下步骤：使用商用计算流体力学软件的几何建模功能参照二代压水堆应急堆芯冷却系统的T型安注管的真实几何结构进行流体域建模；利用商用计算流体力学软件的网格自动划分功能对流体域建立多面体网格模型；确定管内单相水的物理性质及边界和壁面条件并采用雷诺时均纳维尔‑斯托克斯方程进行湍流流动模拟；对得到的收敛的单相水流场进行后处理，进而得到流场的速度矢量图以及单相水的速度分布；对速度矢量图进行分析，确定冲击长度，并最终确定截止阀的位置。

主权项

1.一种核电厂系统支管截止阀位置的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：利用计算流体力学软件的几何建模功能参照二代压水堆应急堆芯冷却系统内T型安注接管的真实几何结构进行流体域建模；步骤2：利用计算流体力学软件的网格划分功能，在步骤1中所得到的流体域模型中进行网格划分，建立网格模型，该网格模型即为需要求解的计算域；步骤3：导入网格模型并进行流体物理性质和计算边界条件的设置，具体步骤如下：步骤3‑1：将网格模型导入计算流体软件的稳态求解器中，并将主管道入口设置为计算域入口，主管道出口设置为计算域出口，支管道入口设置为计算域的壁面；步骤3‑2：设定步骤2中所得到的计算域内的流体为单相水并对计算域内的操作压力进行设定；步骤3‑3：在步骤2中的得到的计算域中进行速度边界条件和压力边界条件的设置，具体地，在主管道入口处设定速度边界条件，该速度边界条件以单相水的质量流率来表示；主管道壁面设置为无滑移壁面条件；主管道出口设置为压力出口；支管道入口壁面设置为无滑移壁面条件；支管道壁面设置为无滑移壁面；步骤3‑4：设置温度边界条件：具体地，需要确定主管道入口的单相水温度，支管道入口壁面的温度，主管道壁面与支管道壁面均设置为绝热壁面；步骤3‑5：确定主管道入口处的单相水的物理性质，包括：单相水的密度以及运动粘度，单相水的物理性质通过计算流体力学软件中内嵌的IAPWS‑IF97模型进行确定，该模型会根据单相水的温度以及操作压力确定上述的单相水的物理性质；步骤4：利用计算流体力学软件的稳态求解器对应急堆芯冷却系统内T型安注接管内单相水的稳态流场进行计算，具体步骤如下：步骤4‑1：在稳态求解器中加入能量守恒方程，具体的能量守恒方程形式如下：式中：i——坐标轴编号；h——焓值，J/kg；ρ——单相水密度，kg/m³；u_i——在编号为i的坐标轴方向上的速度矢量，m/s；p——单相水压强，pa；λ——分子传导率，W/(m·K)；λ_i——由于湍流传递而引起的在编号为i的坐标轴方向上的传导率,W/(m·K)；T——单相水温度，K；S_h——定义的体积源项,W/m³；x_i——编号为i的坐标轴；t——流动时间，s；步骤4‑2：采用雷诺时均纳维尔‑斯托克斯方程进行湍流流动的模拟，标准k‑ε模型中，湍流动能输运方程和湍流动能耗散率输运方程如下所示：其中公式(2)是湍流动能输运方程；公式(3)是湍流动能耗散率输运方程；公式(4)为湍流动能产生率方程，是公式(3)中湍流动能产生率G的计算公式。上述3式中：i,j——坐标轴编号；k——湍流动能，m²/s²；ε——湍流动能耗散率；t——流动时间,s；u_i——在编号为i的坐标轴方向上的速度矢量m/s；u_j——在编号为j的坐标轴方向上的速度矢量m/s；μ_t——主管冷却剂的运动粘度，m²/s；C₁,C₂,A,B——经验系数，取值分别为：1.44，1.92，1.0，1.3；除上述湍流动能输运方程、湍流动能耗散率方程和能量方程之外，连续方程的具体形式如下：上述式中，i——坐标轴编号；ρ——单相水密度，kg/m³；t——流动时间,s；u_i——在编号为i的坐标轴方向上的速度矢量m/s；步骤4‑3：设置收敛界限为10^‑4，即认为当连续方程、湍流动能输运方程、湍流动能耗散率方程和能量方程的计算残差小于10^‑4时得到收敛的单相水流场；步骤5：对步骤4得到的收敛的单相水流场进行后处理：利用计算流体力学软件的后处理功能，得到收敛的单相水流场的速度矢量图，以及计算域中网格单元内的单相水速度值；步骤6：通过步骤五中得到的速度矢量图以及单相水速度值分布进行截止阀位置确定，具体步骤如下：步骤6‑1：通过步骤五中所得到的速度矢量图确定主管道中单相水的冲击末端的大体位置，即主管道中流过的单相水向支管道冲击时能够达到的最远位置；步骤6‑2：在步骤6‑1中所得到的冲击末端的大体位置中，通过计算流体力学软件内的提取网格单元内单相水速度值的功能，找到冲击末端大体位置中单相水速度值为0.1m/s的网格单元；步骤6‑3：通过步骤6‑2中找到的网格单元的体心坐标来确定截止阀阀瓣的位置，即该网格单元的体心坐标应落在阀瓣平面上，同时阀瓣平面应是支管的横截面。