[发明专利]核动力装置主冷却剂系统热工水力多尺度分区仿真方法

权利要求书

1.一种核动力装置主冷却剂系统热工水力多尺度分区仿真方法，其特征是包括如下步骤：

(1)对主冷却剂系统进行计算区域划分，

将主冷却剂系统划分为堆芯压力容器计算区域、蒸汽发生器计算区域、主泵计算区域、稳压器计算区域以及设备之间的管道区域；

(2)分别对各区域建立数学模型，实现系统环路多尺度建模并编写仿真程序，多尺度模型程序包括：热工水力系统程序、热工水力子通道程序和计算流体力学程序；

(3)建立各区域的边界接口方案和数据传递方案；

(4)根据各区域的尺度特点，建立时间步长设置方案、数据交换方案及收敛判别设置方案；

(5)配置主冷却剂系统多尺度程序分布式并行计算环境，实现多区域联合仿真。

2.根据权利要求1所述的核动力装置主冷却剂系统热工水力多尺度分区仿真方法，其特征是步骤(1)具体包括：

a.堆芯压力容器计算区域包括堆芯上腔室及出口段区域、堆芯燃料组件区域、堆芯入口下降段及堆芯下腔室区域，堆芯压力容器计算区域以压力容器出入口为设备边界，堆芯上腔室与燃料组件区域之间设置参数传递边界，堆芯下腔室与燃料组件区域之间设置参数传递边界，计算区域包括压力容器筒体、压力容器进出口、堆芯上腔室、堆芯下腔室、堆芯围板和堆芯内部燃料组件及其定位格架等组成部分；

b.自然循环蒸汽发生器计算区域以压力容器出口、蒸汽发生器一次侧出口、二次侧给水入口和蒸汽管道出口为边界，计算区域包括了蒸汽发生器筒体、U型传热管一次侧和二次侧、汽水分离装置、二次侧管板和一次侧进出口腔室等装置；

c.主泵计算区域以压力容器入口和蒸汽发生器出口为边界，计算区域包括主泵和相应的连接管道等装置；

d.稳压器计算区域以稳压器波动管入口和稳压器腔室为边界，计算区域包括喷淋装置、电加热装置、泄压阀和安全阀等装置；

e.以上设备之间的管道作为独立的建模分区。

3.根据权利要求1所述的核动力装置主冷却剂系统热工水力多尺度分区仿真方法，其特征是步骤(2)具体包括：

a.堆芯压力容器计算区域：对堆芯入口下降段及堆芯下腔室采用整体局部尺度模型，在建模区域不做几何简化，直接根据该分区的几何参数建立网格方案，采用CFD程序计算；堆芯内部燃料组件采用部件尺度模型，对堆芯内部燃料组件定位格架及交混翼进行几何简化，再根据堆芯燃料组件棒束的几何设计参数划分子通道控制体，并采用子通道程序计算；堆芯上腔室及出口段采用系统尺度模型，采用热工水力系统程序计算；

b.自然循环蒸汽发生器计算区域：对全部计算区域采用系统尺度模型，U型传热管划分n个控制体，二次侧与U型管对应划分m个控制体，采用均相流或分相流的热工水力系统程序计算；

c.主泵计算区域：采用四象限类比曲线描述主泵的瞬态特性，类比曲线以表格形式输入，因变量作为自变量的函数由表格查找或线性内插获得；

d.稳压器计算区域：对全部计算区域采用系统尺度模型，将稳压器分为水区、汽水混合区和汽区，采用多区均相流模型求解，并且设定电加热器加热功率和喷淋流量；

e.管道计算区域：管道按照计算精细度要求划分成若干个控制体，对全部计算区域采用系统尺度模型求解。

4.根据权利要求1所述的核动力装置主冷却剂系统热工水力多尺度分区仿真方法，其特征是步骤(3)具体包括：

a.在堆芯压力容器、主泵区域采用传统的入口流量、出口压力边界，在稳压器区域采用入口流量边界，在蒸汽发生器区域采用双端压力边界；

b.堆芯压力容器区入口节点向主泵区出口节点提供压力参数，主泵区出口节点向压力容器区入口节点提供流量参数、焓值参数，蒸发器区出口节点向主泵区入口节点提供流量参数、焓值参数，主泵区入口节点向蒸发器区出口节点提供压力参数，根据仿真对象的实际环路数量，稳压器区的入口节点向各环路的蒸汽发生器区入口及压力容器区出口节点提供压力参数，压力容器出口节点向稳压器入口节点提供焓值参数；

c.在反应堆主冷却剂系统中，上冲下泄流量用来补偿主系统质量的变化，接口在系统环路管道上，稳压器的波动流量是由上冲下泄流量差引起的，即G_波动＝G_上冲-G_下泄。