[发明专利]一种带绕丝燃料组件的网格模型刻画方法

说明书

本发明公开了一种带绕丝燃料组件的网格模型刻画方法，包括以下步骤：首先建立不含绕丝的燃料组件通道几何模型；建立适用于燃料组件通道截面的平面拓扑结构；在拓扑结构上设置节点数目及分布，形成面网格；拉伸面网格，形成三维结构化六面体网格模型；检查每个网格单元中心与绕丝中心线距离是否小于绕丝半径，据此标记绕丝网格单元；分离并移除标记网格单元，形成带绕丝的燃料组件通道网格模型；本发明解决了以往改变绕丝直径或改变绕丝与燃料棒中心距之后使用非结构化网格刻画带绕丝燃料组件时可能出现的，网格数量过大、网格质量低、几何结构与真实情况不符等问题，同时易于根据绕丝结构改变而生成不同的网格模型，便于对绕丝结构进行敏感性分析和优化设计。

技术领域

本发明涉及快中子反应堆堆芯热工水力设计领域，特别涉及计算快堆堆芯带绕丝燃料组件的网格模型刻画方法。

背景技术

快中子反应堆堆芯为紧凑的热源，流道复杂，组件数量多。单个组件棒束区通常由置于六角形外套管的多个燃料棒围成的通道组成。燃料棒以正三角形栅格的形式排布。轴向方向上，相邻燃料棒之间由按照一定螺距缠绕的金属绕丝固定。绕丝结构的引入使得快堆组件的热工水力现象具有极强的三维特征，温度场与流场等均呈现极不均匀的分布。准确模拟冷却剂在快堆单盒组件中的热工水力特性，对快堆堆芯的设计和安全分析非常重要。

快堆单盒组件几何结构十分复杂：组件棒束区域内流道狭长，其特征尺寸跨越多个数量级，轴向尺寸(米量级)与径向尺寸(毫米量级)差距大；径向方向上，相邻燃料棒之间、六角形套管内壁与燃料棒间存在几毫米的间隙，而金属绕丝沿轴向螺旋式地缠绕在每根燃料棒上，绕丝与燃料棒之间仅间隔几十微米；在二维横截面与三维视图上，绕丝和燃料棒的接触分别近乎点接触和线接触。这些结构特点对燃料组件的网格模型刻画带来了挑战。

目前对带绕丝组件的网格模型刻画通常采用非结构化四面体或多面体网格自动生成技术，为了进行后续的网格划分，建立几何模型时普遍采用的两种方法为：1)保持燃料棒和绕丝直径不变，略微减小燃料棒与绕丝之间的中心距；2)保持燃料板与绕丝中心距不变，适当增大绕丝的直径。通过两种处理方法使得绕丝略微嵌入燃料棒包壳内，从而将三维的线接触变为面接触，以克服网格模型刻画的困难。这些简化方式使得计算模型均在一定程度上与真实模型不符，模拟结果产生不确定误差；相比于结构化网格，非结构化网格空间填充效率低，质量差，耗费计算机内存大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种带绕丝燃料组件的网格模型刻画方法，解决了采用非结构化网格模型刻画带来的内存耗费大、网格质量低的问题，且避免了改变模型几何尺寸以处理点、线接触这类方法带来的模型不确定误差的问题，可以最大程度地保证对带绕丝燃料组件的几何刻画真实性。

本发明的解决方案是：

首先建立欲计算的带绕丝燃料组件的几何模型，根据快堆堆芯设计参数或计算需要确定组件的几何尺寸，然后忽略绕丝几何特征，建立光滑燃料棒与燃料盒构成的流通通道几何模型。

然后使用结构化六面体网格刻画不含绕丝的燃料组件模型，将流通通道分为内部通道和外部通道，划分的依据是通道的几何形状，一般的，内部通道由中空的六边形通道构成，外部通道为这些六边形通道与燃料盒之间的间隙构成的多边形通道。对两部分通道分别建立方形块拓扑结构并与实体几何相关联，设定各边节点数量，生成结构化六面体网格。

之后使用用户自定义函数检查上述六面体网格的每一个单元，若单元位于原本燃料组件的绕丝位置，则将该单元做标记；对所有绕丝所在位置的单元标记结束后，分离并移除这些单元，即形成了刻画带绕丝燃料组件的网格模型。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1：建立不含绕丝结构的燃料组件通道几何模型，具体地，绘制通道横截面形状，然后沿轴向拉伸，生成三维通道几何模型；

步骤2：使用结构化六面体网格刻画步骤1中建立的几何模型，具体可以分为以下步骤：