[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

说明书

本发明提供的是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。(1)对主冷却剂系统进行计算区域划分；(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。本发明的适用于核动力装置主冷却剂系统热工水力计算的多尺度分区建模联合仿真方法，既能保证局部计算的精确性，又可以保证计算的快速性。

技术领域

本发明涉及的是一种反应堆热工水力仿真方法，具体地说是一种核动力装置主冷却剂系统的热工水力仿真方法。

背景技术

核动力装置主冷却剂系统是一回路系统中最重要的系统，拥有反应堆堆芯、稳压器、各环路主泵及蒸汽发生器等主要设备，负责将堆芯燃料产生的热量通过冷却剂传递至二回路，并保证在正常运行工况下，整个回路不会超温超压。主冷却剂系统热工水力计算通常分为三个尺度：系统尺度、部件尺度和局部尺度，对应控制体/网格尺度依次减小。主冷却剂系统是封闭的系统环路，为了保证热工水力计算的稳定性、收敛性和快速性，传统上全环路采用系统尺度的建模方法，即环路的设备及管路中划分同一尺度大小的控制体，各控制体采用同样的数学模型描述，并形成矩阵统一求解各控制体速度和压力，如图1。这种统一尺度的建模的方法由于无法实现局部流场的模拟而无法满足核动力系统设计和分析日益增长的对于精细化计算要求。而全流域局部尺度模拟虽可以满足精细化计算要求，但计算速度慢，仿真效率低。

目前，核动力装置热工水力计算越来越多的应用了分区应用不同尺度模型联合仿真方法，但该方法应用于主冷却剂系统时会遇到很多困难，主要有：

(1)主冷却剂系统是封闭环路，通常为两个或三个环路组成，稳压器布置在其中的一个环路上。如果对系统拆分并分区建模，稳压器对其他环路失去作用，会导致各控制体压力计算振荡，系统流量计算发散，系统稳定性差。

(2)多分区采用不同尺度模型会导致各区域计算的时间步长及计算时间代价差异很大，如果计算序列及收敛条件等设置不当，就会导致仿真效率低，甚至计算发散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能保证局部计算的精确性，又可以保证计算的快速性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。

本发明的目的是这样实现的：

(1)对主冷却剂系统进行计算区域划分，

以设备的工质进出口作为划分边界，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。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用多尺度分区建模的方式，可以针对不同设备的工作特性和流动传热特性在各分区进行独立计算，可以提高系统的局部计算精细度。

(2)本发明依据闭合环路特性和设备功能提出的边界方案和数据传递方案对主冷却剂系统实现了科学拆分，实现了主冷却剂系统计算时各分区的数据闭合传递，解决了系统拆分导致的计算振荡及发散问题。