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[发明专利]小型氟盐冷却高温堆和高温工艺热耦合利用系统及方法-CN202111106471.7有效
发明人：张大林;姜殿强;王式保;李新宇;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-09-22 - 公布日： 2023-08-01 - 主分类号： G21D1/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种小型氟盐冷却高温堆和高温工艺热耦合利用系统及方法，涉及新能源与可再生能源应用领域，小型氟盐冷却高温堆和高温工艺热耦合利用系统包括核反应堆发电系统、电解水制氢系统、热化学制氢系统和高温工艺热利用系统；核反应堆发电系统中的熔盐池储存来自模块化反应堆的高温热量，多级温度的热量用于发电、高温热化学循环制氢和高温工艺热应用场所；核反应堆发电系统的过剩电量可以用于电解水制氢，解决电力消纳问题；本发明既能实现能量的高效利用，也能实现低碳高效制氢，进一步提高了小型氟盐冷却高温堆的经济性，助力碳达峰和碳中和。
小型冷却高温工艺耦合利用系统方法

[发明专利]舰船用一体化氟盐冷却高温堆动力系统-CN202111005721.8有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-08-30 - 公布日： 2023-03-21 - 主分类号： F01K7/32 文献下载
摘要：本发明公开了舰船用一体化氟盐冷却高温堆动力系统，包括反应堆本体系统、布雷顿动力循环系统和各系统之间管道等其他连接设备构成的动力系统循环回路；反应堆本体系统作为动力系统热源，布雷顿动力循环系统进行热动转换；本发明的各设备均可模块化加工、制造、运输和安装；本发明中的布雷顿动力循环系统具有热效率高、动力充足且功率响应迅速的优势，热效率超过48％；本发明既能良好地适应舰船上的狭小空间，也能输出足够的功率并灵活跟踪负荷变化，为新一代舰船核动力系统的开发具有参考意义。
舰船一体化冷却高温动力系统

[发明专利]小型氟盐冷却高温堆多用途热输运系统-CN202111007619.1有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-08-30 - 公布日： 2022-12-09 - 主分类号： G21C15/02 文献下载
摘要：本发明公开了小型氟盐冷却高温堆多用途热输运系统，包括反应堆容器、热池、冷池、堆芯、堆芯流量分配板、冷/热池围筒、冷/热池隔板、氟盐‑二氧化碳换热器、主热‑余热一体式换热器和轴流泵；本发明具有强迫循环和自然循环两种循环模式，具有紧凑运行、综合运行和全功率运行三种运行模式；紧凑运行模式下直接连接外部的动力循环系统；综合运行模式下连接外部的热输运系统；全功率运行模式下同时连接外部的动力循环系统和外部的热输运系统；本发明同时将堆芯回路、主热输运回路和余排系统结合，实现了堆内循环、主热输运和余热输运的同时运行和灵活切换，在有限的空间内实现能量的紧凑高效利用，有助于推动我国自主掌握小型氟盐冷却高温堆设计技术的进程。
小型冷却高温多用途输运系统

[发明专利]螺旋十字型金属燃料元件堆芯-CN202110978390.X有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-08-25 - 公布日： 2022-12-09 - 主分类号： G21C3/338 文献下载
摘要：本发明公开了螺旋十字型金属燃料元件堆芯，包括堆芯活性区、径向反射层、轴向上反射层和轴向下反射层；反射层材料为氧化铝；堆芯活性区包括一区组件、二区组件和控制棒组件；三类组件采用6圈正六边形密铺布置；燃料元件采用螺旋十字型式，呈三角形排布，燃料为Zr质量含量10％的U‑Zr合金，U235富集度19.75％，包壳材料为不锈钢；控制棒组件包括控制体、导向筒和组件盒；控制体包括圆柱形碳化硼控制棒和不锈钢包壳；本发明在保留了螺旋燃料优异的热工水力性能同时，有效地减少了堆芯体积并具有较低的燃料峰值温度，适用于小型化、高温度参数并兼顾经济性的新型反应堆。
螺旋字型金属燃料元件

[发明专利]小型氟盐冷却高温堆自适应布雷顿循环能量转换系统-CN202111007622.3有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-08-30 - 公布日： 2022-10-28 - 主分类号： G21C1/04 文献下载
摘要：本发明公开了小型氟盐冷却高温堆自适应布雷顿循环能量转换系统，包括反应堆本体系统、熔盐储能系统、布雷顿动力循环系统和各系统之间管道等其他连接设备构成的循环回路；反应堆本体系统作为自适应布雷顿循环能量转换系统的热源，熔盐储能系统作为自适应布雷顿循环能量转换系统的储能和中间输热子系统，布雷顿动力循环系统用于实现热动转换；根据不同的任务需求和空间需求，该自适应布雷顿循环能量转换系统具有八种不同的布雷顿循环构型，它们在体积、控制和热效率上各有优势；本发明为小型氟盐冷却高温堆提供了多模式、自适应的布雷顿循环能量转换系统方案，有助于推动我国自主掌握反应堆布雷顿循环系统设计技术的进程。
小型冷却高温自适应布雷循环能量转换系统

[发明专利]特种反应堆布雷顿循环系统的超临界流体适用性评价方法-CN202011630682.6有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-12-30 - 公布日： 2022-09-30 - 主分类号： G06F30/28 文献下载
摘要：本发明公开了特种反应堆布雷顿循环系统的超临界流体适用性评价方法，包括七步：1、明确反应堆与循环系统的工作环境和必要参数。2、评估流体的辐照和化学稳定性。3、确定流体的拟临界点。4、评价定压放热区流体性能。5、评价压缩机内流体性能。6、评价定压吸热区流体性能。7、给出各流体的适用性评价结果。本发明旨在为采用超临界流体作为工质的特种反应堆布雷顿循环系统提供一种合理、简便而快速的流体选择与环境适用性评价方法，应用本发明的方法得到的数据也可为循环系统冷端换热器、压缩机、回热器和堆内换热器的设计提供参考。
特种反应堆布雷循环系统临界流体适用性评价方法

[发明专利]基于非线性规划的布雷顿循环系统建模方法-CN202111007614.9有效
发明人：张大林;李新宇;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2021-08-30 - 公布日： 2022-06-07 - 主分类号： F01K27/00 文献下载
摘要：本发明公开了基于非线性规划的布雷顿循环系统建模方法，包括五个步骤：确定边界条件、划分流程、显化参数、局部规划和整体规划；在局部规划中将热端、冷端和回热端的三个损失表示为目标函数，采用无导数局部最优算法，以达到较快的收敛速度；在整体规划中将热、冷和回热端的流量偏差表示目标函数，采用启发式全局优化算法，以尽量找到全局最优解。本发明的方法通过整体规划外迭代和局部规划内迭代，一次计算即可找到热效率和损失的全局最优解，避免了讨论方程封闭性、初值调试和启发式算法调试，降低了求解难度，实现了多构型、多变量的同步优化。
基于非线性规划布雷循环系统建模方法

[发明专利]一种铅铋蒸汽循环过滤及在线测量系统-CN202011630691.5有效
发明人：张大林;张衍;王式保;王成龙;田文喜;秋穗正;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-12-30 - 公布日： 2022-05-03 - 主分类号： G01N5/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种铅铋蒸汽循环过滤及在线测量系统，包括铅铋合金储存罐及与之相连的铅铋蒸汽过滤系统和铅铋蒸汽测量系统；系统采用氩气作为保护气体，铅铋蒸汽在氩气携带下通过铅铋蒸汽阱进行循环净化；本发明可分别在容器不同高度处进行在线取样测量，通过称量冷凝在陶瓷坩埚中的铅铋合金质量计算气体混合物中铅铋蒸汽的浓度；本发明结构简单，经济性好，解决了铅铋合金在工业应用中的关键技术难题，有助于推动铅铋反应堆加速实现工业化，具有广泛应用前景。
一种蒸汽循环过滤在线测量系统

[发明专利]基于有限体积理论的管壳式热交换器全三维耦合模拟方法-CN202010103669.9有效
发明人：张大林;王心安;周磊;王式保;秋穗正;田文喜;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-02-20 - 公布日： 2022-03-22 - 主分类号： G06F30/23 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于有限体积理论的管壳式热交换器全三维耦合模拟方法，包含以下步骤：采用几何建模软件对管壳式热交换器进行几何建模；利用网格划分软件对管壳式热交换器几何模型进行网格划分形成网格模型；将网格模型导入CFD软件中，并原位复制传热管束区网格作为二次管侧网格，并通过拼接面方法将二次管侧网格及其二次侧进出口区网格连通；在CFD软件设置用户自定变量，借助用户自定义函数，建立一二次侧网格间的映射关系；计算热交换器一二次侧网格控制体流场信息，计算对应网格控制体间的换热量；利用CFD软件的用户自定函数将换热量返回给能量方程源项；最后利用CFD软件进行迭代计算。本发明能实现以相对低的计算代价实现管壳式热交换器一二次侧的耦合传热计算。
基于有限体积理论管壳热交换器三维耦合模拟方法

[发明专利]一种快堆六边形闭式组件盒间流动换热计算方法-CN201911367578.X有效
发明人：张大林;王式保;刘雅鹏;秋穗正;田文喜;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2019-12-26 - 公布日： 2021-12-28 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种快堆六边形闭式组件盒间流动换热计算方法，主要包括以下步骤：1、对闭式组件的盒间通道进行分层；2、建立盒间通道内冷却剂流动换热的控制方程；3、采用交错网格进行网格划分；4、采用有限容积积分法对方程进行离散；5、采用SIMPLE算法求解连续方程与动量方程，采用Gear算法求解能量方程；6、对压力和速度的修正值进行亚松弛处理加快迭代收敛。本发明解决了以往只考虑盒间通道内冷却剂的导热所带来的计算不准确问题，或者是采用三维CFD方法需要大量计算机内存和计算时间的问题。本发明的计算方法可以与快堆系统分析程序进行耦合求解，更加有效地分析快堆六边形闭式组件盒间的流动换热情况，从而为快堆的设计与安全分析提供依据。
一种六边形组件流动计算方法

[发明专利]一种核反应堆堆芯物理与热工耦合的模拟方法-CN202010198020.X有效
发明人：张大林;王心安;周磊;王式保;秋穗正;田文喜;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-03-19 - 公布日： 2021-11-09 - 主分类号： G06F30/28 文献下载
摘要：本发明公开了一种核反应堆堆芯物理与热工耦合的模拟方法，首先采用Fluent前处理软件建立计算域非结构化网格模型，随后将网格模型导入Fluent中建立算例；采用Fluent软件的用户自定义函数功能提取Fluent算例中的网格信息及流场数据，自动生成MCNP5计算所需的输入文件；借助Fluent的用户自定义函数功能控制MCNP5完成中子物理场的计算，解析其输出文件，提取核燃料区的裂变功率数据；将裂变功率传入Fluent软件中并执行计算；当Fluent计算初步收敛后，使用其用户自定义函数重新生成MCNP5输入文件,再次调用MCNP5计算裂变功率数据并传递给Fluent；重复以上步骤直至Fluent最终收敛。本发明可以方便的实现物理热工耦合，为数值反应堆的研究奠定了基础。
一种核反应堆堆物理耦合模拟方法

[发明专利]一种适用于钠水直流蒸汽发生器的热工设计方法-CN202010494672.8有效
发明人：张大林;许荣栓;王式保;王成龙;田文喜;苏光辉;秋穗正 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-06-03 - 公布日： 2021-11-09 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明公开了一种钠水直流蒸汽发生器的热工设计方法。包括以下步骤：确定钠水直流蒸汽发生器的热工参数和除传热管长度之外的几何参数；建立蒸汽发生器单管模型，设置蒸汽发生器的初始压力和温度；利用功率网格法获得每个流体控制体流体温度；划分换热区域计算换热系数和换热量，根据热传导和对流换热的能量平衡关系式求出壁温；根据热平衡方程和传热方程求解传热管上每个流体控制体的长度；计算每个流体控制体的压降得到新的压力分布；本发明是通用的钠水直流蒸汽发生器热工设计计算方法。该方法操作方便、通用性强、使用灵活、精度高，可以满足钠水直流蒸汽发生器热工设计计算需求，可以为中国钠冷快堆自主化设计提供软件基础。
一种适用于直流蒸汽发生器设计方法

[发明专利]池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法-CN202010190628.8有效
发明人：张大林;周磊;王心安;王式保;秋穗正;田文喜;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-03-18 - 公布日： 2021-10-19 - 主分类号： G06F30/28 文献下载
摘要：本发明公开了一种池式钠冷快堆非能动余热排出系统跨维度耦合计算方法，包括如下步骤：针对关键几何部件的复杂区域进行局部精细化模拟获取多孔介质参数；针对堆本体关键几何部件进行几何简化建立非能动余热排出系统三维模块；针对三维模块划分网格；结合局部精细化模拟化获得多孔介质参数对三维模块进行参数设置；针对非能动余热排出系统的堆外回路采用用户自定义函数建立一维系统模块；在CFD软件中进行三维模块和一维系统模块的稳态调试；在稳态调试调试后，进行钠冷快堆非能动余热排出系统的瞬态计算。本发明在现有CFD软件的基础上，借助用户自定义函数开发堆外回路内耦合模块，从而实现精确计算事故工况下非能动余热排除系统投入使用后，池式钠冷快堆的自然循环下的热工水力特性。
池式钠冷快堆非能动余热排出系统维度耦合计算方法

[发明专利]一种适用于钠水直流蒸汽发生器的热工水力瞬态计算方法-CN202010494640.8有效
发明人：张大林;许荣栓;王式保;王成龙;田文喜;苏光辉;秋穗正 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2020-06-03 - 公布日： 2021-10-19 - 主分类号： G06F30/28 文献下载
摘要：本发明公开了一种钠水直流蒸汽发生器的热工水力瞬态计算方法。包括以下步骤：确定蒸汽发生器几何参数；建立蒸汽发生器单管模型，采用固定网格方法划分控制体；设置各控制体内热工水力参数初始值；建立蒸汽发生器系统方程组；基于交错网格和有限差分法离散方程组；根据换热与压降公式以及流体物性函数获得常微分方程组；根据给定的边界条件采用Gear数值求解方法求解化简后的蒸汽发生器系统方程组获得每一时刻各控制体内的热工水力参数值。本发明适用于模块式和整体式的钠水直流蒸汽发生器，操作方便、通用性强、使用灵活、精度高，完全可以满足钠水直流蒸汽发生器热工水力瞬态计算需求，可以为中国钠冷快堆自主化设计提供软件基础。
一种适用于直流蒸汽发生器水力瞬态计算方法

[发明专利]一种针对快堆棒束组件耦合传热模型的多孔介质模拟方法-CN201911248609.X有效
发明人：张大林;王心安;王式保;周磊;秋穗正;田文喜;苏光辉 -专利权人：西安交通大学
申请日： 2019-12-09 - 公布日： 2021-10-19 - 主分类号： G06F30/10 文献下载
摘要：本发明公开了一种针对快堆棒束组件耦合传热模型的多孔介质模拟方法，包括以下步骤：建立包含组件盒内与盒间的堆芯几何模型，建模时采用六棱柱表示组件盒内；针对堆芯几何模型下端面建立平面拓扑结构，生成全四边形的面网格，其中组件盒内近壁面区域应生成边界层网格；轴向拉伸面网格，形成三维结构化网格模型。将三维网格模型导入CFD求解器，计算盒内网格控制体中心点距壁面的距离，进而判定控制体的属性(纯流体或多孔介质域)。基于棒束结构特征引入分布阻力模型和传质传热模型，并修正纯流体域与多孔介质域相界面处的动量输运。本发明能实现快堆棒束组件的流动传热现象的快速模拟，准确预测组件盒内与盒间的温度分布与传热，有益于全堆芯模拟。
一种针对快堆棒束组件耦合传热模型多孔介质模拟方法

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