[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

说明书

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。

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，具体涉及一种快堆六边形闭式组件盒间流动换热计算方法。

背景技术

快中子反应堆的堆芯由数量众多的六边形闭式组件排布而成，堆芯内的流道数量多、功率分布情况复杂，涉及复杂的流动换热问题。六边形闭式组件内的燃料棒束以正三角形栅格的形式排列，燃料棒束外由六边形闭式组件盒包围，组件与组件之间存在一定的间隙并以蜂窝状排布成堆芯。六边形闭式组件盒间隙的冷却剂会通过热传导与对流换热影响堆芯的径向与轴向的温度分布，从而影响堆芯的热工水力特性。因此准确计算快堆六边形闭式组件盒间隙的流动换热特性对快堆的设计与安全分析具有重要意义。

目前国际上针对快堆开展了大量的实验，实验主要关注核反应堆系统的热工水力特性，而对于组件盒间的流动换热的研究较少。针对快堆系统，国际上开发了许多快堆的系统分析程序。这些分析程序可以对快堆的系统进行计算，但是对于组件盒间流动换热对堆芯温度分布的影响都无法很好地模拟。美国阿贡国家实验室开发的快堆系统分析程序SAS4A/SASSYS-1将盒间流动考虑为结构之间的导热，日本原子能机构开发的快堆系统分析程序NETFLOW将盒间的流体考虑为静止并用多层模型计算组件盒间的导热，这两个程序都无法模拟出组件盒间的流动特征。对于组件盒间流动，采用三维CFD程序的精细建模由于组件数量多、盒间尺寸小而存在困难；并且如果对组件盒间流动进行三维模拟，在与一维系统程序耦合计算过程中计算速度会非常慢。因此需要开发一种既可以模拟快堆六边形闭式组件盒间流动换热特性，又不会耗费大量计算时间与计算机内存的计算方法，为准确、有效地进行快堆设计与安全分析提供依据。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种快堆六边形闭式组件盒间流动换热的计算方法，解决了现有计算方法无法模拟出组件盒间流动特征的问题；且该方法在与系统程序耦合进行计算时可以保证程序的计算速度，解决了三维CFD程序与一维系统分析程序耦合计算时耗费大量计算时间与计算机内存的问题。

为了实现上述目的，本发明具体包括以下步骤：

步骤1：根据快堆六边形闭式组件的布置方式将快堆六边形闭式组件的盒间通道进行分层，自内向外相邻两层组件的组件盒外壁面所形成的流动通道为一层；

步骤2：为了计算各层之间的流动换热机理，进行如下假设：

(1)流体粘性应力引起的耗散远小于燃料组件与盒间流体之间的换热，忽略不计；

(2)流体间轴向热传导远小于燃料组件与盒间流体之间的换热，忽略不计；

(3)冷却剂是不可压缩流体，冷却剂的密度只与温度有关；

(4)忽略组件盒间流动的周向不均匀性，简化为二维模型；

基于以上假设，建立组件盒间流动的连续方程、能量方程、轴向动量方程以及横向动量方程：

1)连续方程

式中：

t——时间/s；

i——通道i；

j——通道j；