[发明专利]一种用于热管堆瞬态特性分析的方法

说明书

一种用于热管堆瞬态特性分析的方法，1、将热管堆沿径向由内而外依次划分为安全棒区、活性区以及径向反射层区；分别列出一维导热微分方程和边界条件；解得不同功率水平下各区的温度分布；2、基于体膨胀系数是线性膨胀系数3倍的假设，列出三区的直径、高度以及密度随温度的函数关系；3、对扇环进行三角网格划分研究。基于组合几何方法将1/6热管堆分割成18个扇环，从而对1/6热管堆进行三角网格划分；4、使用SARAX程序对其输运计算。将堆芯径向功率分布提供给步骤一重新进行温度分布计算；再进行步骤二的膨胀计算；再经过步骤三，将划分好的三角形网格提供给下一时间步的输运计算；依次循环；可计算热管堆的堆芯功率水平和反应性在瞬态过程中的变化。

技术领域

本发明涉及热管堆动力学计算领域，具体涉及一种用于热管堆瞬态特性分析的方法。

背景技术

空间堆可为未来太阳系内行星间的旅行和探索提供长期稳定的电源，并可为航天器提供动力。目前国际上通常采用蒙卡程序进行空间堆的物理计算和堆芯设计。但该方法无法进行空间堆的动力学以及瞬态计算且计算成本偏高。

空间堆反射层温度和膨胀反应性系数对堆芯中子动力学特性影响显著。空间堆通常采用控制鼓作为反应性控制和调节系统，控制鼓的转动将导致中子通量密度空间分布的剧烈变化。空间堆的上述特点使得传统点堆中子动力学分析方法不再适用，显式考虑反射层反应性反馈系数及其内部的中子输运过程和控制鼓的转动，建立空间堆时空中子动力学分析模型势在必行。对空间堆建立详细的系统分析模型是空间堆设计和研发的关键基础之一。由于空间堆系统与地球上运行的反应堆系统显著不同，目前广泛采用的地球运行反应堆瞬态分析模型并不适用于空间堆瞬态分析。开展空间堆时空中子动力学及系统瞬态特性研究，耦合堆芯时空中子动力学和空间堆系统各部分瞬态热工水力学模型，建立高精度的空间堆系统瞬态分析模型，满足空间堆启动、停堆、重启和事故工况下系统瞬态分析需求，将为我国空间堆系统设计和研发提供坚实的技术基础。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种空间热管反应堆瞬态多物理分析计算方法，在现有的快堆时空中子动力学程序SARAX基础上添加动态网格程序、二维热膨胀模型以及热管热工瞬态程序；能够既考虑热管堆在瞬态过程中由热管提供的热工反馈，又能考虑由于热膨胀提供的反馈，获得热管堆在多物理耦合下的精确瞬态过程。

为了达到上述目的，本发明的技术方案概括如下：

一种用于热管堆瞬特性分析的方法，包括如下步骤：

步骤1：对于以六角形方式排列的具有234根燃料热管组件以及6根控制鼓的热管堆，沿径向将其由内而外依次划分为安全棒区、活性区以及径向反射层区；安全棒区为一圆柱体，直径为安全棒绝热层的外径；活性区为一圆环柱体，内径为安全棒绝热层外径，外径为内容器壁外径；径向反射层区仍为一圆环柱体，内径为内容器壁外径，外径为外容器壁外径；各区域的高均与热管堆的高相同；其中，安全棒区沿径向满足一维导热微分方程，如公式(1)所示；活性区沿径向满足一维含内热源导热微分方程，如公式(2)所示；径向反射层区沿径向满足一维导热微分方程，如公式(3)所示；

式中：

r——距离安全棒区中心线的距离；

λ_s——安全棒区导热系数；

λ_f——活性区导热系数；

λ_r——径向反射层区导热系数；

T_s(r)——安全棒区径向温度；

T_f(r)——燃料活性区径向温度；

T_r(r)——径向反射层区径向温度；