[发明专利]一种粒子法模拟MCCI中气泡夹带现象的边界处理方法

说明书

一种粒子法模拟MCCI中气泡夹带现象的边界处理方法，步骤如下：1、建立几何模型，并输入所需的初始参数；2、初始化边界粒子所对应的密度信息；3、建立每个粒子的邻居粒子域；4、根据边界粒子的邻居粒子域内的流体粒子计算边界粒子密度；5、根据边界粒子密度进行压力计算；6、求解粒子的压力梯度，并更新流体粒子的速度及位置信息；7、根据计算时长是否达到设置的计算时长判断是否结束计算，若不结束计算，则重复步骤3‑7。计算流程如图1所示。本发明方法充分考虑了粒子法在模拟MCCI过程中熔融物界面波动对控制域边界压力计算稳定性的影响。通过该方法，能够提高对MCCI过程中熔融物界面处质量与能量交换的认识。

技术领域

本发明涉及利用粒子法对核反应堆严重事故后熔化堆芯与混凝土相互作用(Molten-Core Concrete Interaction,MCCI)过程中混凝土熔化所产生的气泡在反应堆堆芯熔融物分层界面上夹带现象的模拟，具体涉及一种粒子法模拟MCCI中气泡夹带现象的边界处理方法，以提高粒子法对MCCI过程中气泡在熔融物分层界面处夹带现象模拟的准确性与可靠性，提高对MCCI过程中熔融物分层界面上质量与能量交换现象的模拟分析能力。

背景技术

目前，粒子法在捕捉剧烈变化的自由表明问题上展现了强大的数值模拟能力。在核反应堆严重事故领域，核反应堆堆芯熔融物与混凝土的相互作用(Molten-CoreConcrete Interaction,MCCI)过程中，由于熔化堆芯内含有的熔融金属氧化物与熔融金属的密度不同且不互溶，在重力作用下，会导致熔融物分层现象的发生，使密度大的熔融金属氧化物下沉，密度小的熔融金属上升。在熔融物下层的金属氧化物会加热熔化混凝土，产生大量的气体。这些气体在堆芯熔融物内上升并穿过熔融物分层界面时，会将下层熔融金属氧化物夹带至上层熔融金属，导致分层界面的波动，促进两层熔融物之间的换热。粒子法可以精确捕捉气泡上升过程中熔融物界面处的气泡夹带及界面波动现象，从而对MCCI过程中熔融物界面处的物质与能量交换进行精确模拟与分析。然而，在利用粒子法模拟气泡在熔融物界面处的夹带现象时，由于在相界面处上层熔融金属与下层熔融金属氧化物之间存在着严重的物性不连续性，会导致界面处的压力震荡和压力计算不准确性。目前，在粒子法求解压力及压力梯度的过程中，为提高计算过程中的准确性与稳定性，会使用计算粒子与其邻居粒子域内粒子的算数平均密度取代该粒子本身的固定密度。在边界粒子的密度处理问题上，通常也采用上述方法。对于现在公布的利用粒子法进行的多相流模拟中，边界粒子的应用情况可以分为两种：一种为两相流体密度比不是很大，两相流体均与边界粒子接触；另一种情况为高密度比两相模拟，然而，与边界粒子接触的只是其中一相，另一相并不与之接触。在以上两种情况下，边界粒子的密度对多相流模拟的压力计算结果的影响并不大。然而，在用粒子法模拟MCCI过程中气泡夹带现象时，由于熔融金属与熔融金属氧化物之间存在着大密度比，且均会与边界粒子接触，另外由于气泡夹带现象会导致两相界面的波动，与同一边界粒子直接接触的堆芯熔融物流体粒子在不同时刻并不相同，从而导致固定边界粒子密度的处理方法加剧压力计算的不稳定性与不准确性。而采用与流体粒子相同的密度光滑方法，虽然会减少粒子间的密度比，但由于考虑了边界粒子本身的密度，其与流体粒子之间仍然存在着巨大密度差，仍会对堆芯熔融物流体压力的计算产生不可避免的影响，导致熔融物压力计算的不稳定性与不准确性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是为了利用粒子法对MCCI过程中气泡夹带现象进行模拟时，避免几何模型边界处边界粒子密度与熔融物流体粒子密度的不连续性问题所导致的压力震荡与压力求解不准确性问题。本发明提供了一种用于提高粒子法模拟MCCI过程中气泡夹带现象压力稳定性的边界处理方法，使粒子法在模拟MCCI过程中气泡夹带现象时能够减小流体粒子压力计算的不稳定性与不准确性，促进对MCCI过程中熔融物分层界面处质量与能量交换现象的数值模拟分析。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案予以实施：

一种粒子法模拟MCCI中气泡夹带现象的边界处理方法，步骤如下：