[发明专利]安全壳与非能动安全壳空气冷却系统跨维度耦合分析方法

权利要求书

1.一种安全壳与非能动安全壳空气冷却系统跨维度耦合分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：设定计算时间步长为Δτ，对安全壳内气体温度、气体压力、气体成分、安全壳壁面液膜厚度和安全壳壁面温度设置初始值；

步骤2：利用多节点安全壳程序计算事故过程中某隔间与相邻安全壳壁面的换热以及某隔间内热工水力状态，具体包括如下内容：

1)隔间与安全壳壁面之间为冷凝换热过程，基于隔间的气体温度和壁面温度计算得到时间步长结束时壁面吸收的热量和冷凝水量；

i.冷凝水量

M_CD——冷凝水量；

A——壁面面积；

H_CD——冷凝传热系数；

T_SG——隔间气体温度；

T_SW——壁面温度；

Δτ——时间步长；

ΔH——汽化潜热；

冷凝传热系数H_CD采用Uchida关系式进行计算：

ρ_vs——蒸汽密度；

ρ_vg——不凝气体密度；

ii.壁面吸收的热量

Q_CD＝M_CDΔH

Q_CD——壁面吸收的热量；

2)更新t_n+1时刻隔间内的蒸汽质量、混合气体温度、气体压力、液体质量和液体温度；

i.更新t_n+1时刻隔间内蒸汽质量

M_ST＝M_ST0-M_CD

式中：

M_ST——t_n+1时刻蒸汽质量；

M_ST0——t_n时刻蒸汽质量；

ii.更新t_n+1时刻隔间内混合气体温度

式中：

T_G——t_n+1时刻混合气体温度；

T_G0——t_n时刻混合气体温度；

C_V——混合气体热容；

iii.更新t_n+1时刻隔间内气体压力

P——t_n+1时刻气体压力；

P_ST——t_n+1时刻蒸汽分压，由蒸汽质量、气相体积和气体温度计算得到；

N_MN——t_n+1时刻不凝气体摩尔数；

R_G——气体常数；

V_G——t_n+1时刻气体体积；

iv.更新t_n+1时刻隔间内液体质量

M_W＝M_W0+M_CD

式中：

M_W——t_n+1时刻液体质量；

M_W0——t_n时刻液体质量；

v.更新t_n+1时刻隔间内液体温度

式中：

h_W——t_n+1时刻液体比焓；

h_W0——t_n时刻液体比焓；

h_CD——冷凝水比焓；

已知更新后t_n+1时刻隔间内气体压力和液体比焓即利用插值法求出更新后液体的温度；

步骤3：判断是否计算到最后一个隔间，若是，则到步骤5；否则，到步骤4；

步骤4：计算安全壳壁面的冷凝水传递过程，并对下一个隔间进行步骤2计算，具体包括如下内容：

1)计算第i号安全壳壁面的冷凝水以液膜的形式流入下部壁面的质量；

M_out＝M_in+M_CD

式中：

M_out——离开壁面的液膜质量；

M_in——流入壁面的液膜质量；

2)若第i号安全壳壁面上部无壁面，则M_in为0；否则M_in为第i-1号壁面的M_out值；若第i号安全壳壁面无下部壁面，则冷凝水以液膜形式流入水池；

3)对下一个隔间进行步骤2计算，隔间计算顺序为从上往下进行计算；

步骤5：利用计算流体力学软件CFX计算非能动安全壳空气冷却系统流动换热，具体包括如下内容：

1)利用网格生成软件ICEM CFD对非能动安全壳空气冷却系统进行建模，将非能动安全壳空气冷却系统几何模型及网格模型导入计算流体力学软件CFX中；

2)将非能动安全壳空气冷却系统的进口压力设置为大气压力，进口温度设置为环境温度；

3)基于各个安全壳壁面温度及进口压力、进口温度计算得到非能动安全壳空气冷却系统的自然循环空气流速以及各部分的空气温度；

4)基于非能动安全壳空气冷却系统的自然循环空气流速以及空气温度计算安全壳外壁面与非能动安全壳空气冷却系统内空气之间的换热量；

步骤6：计算及传递各部分安全壳壁面温度，具体包括如下内容：

1)计算得到各部分安全壳壁面的净吸热量：

ΔQ＝Q₁-Q₂

式中：

ΔQ——壁面的净吸热量；

Q₁——壁面从隔间吸收的热量；

Q₂——壁面向非能动安全壳空气冷却系统散失的热量，若该部分壁面未与非能动安全壳空气冷却系统换热，该项为0；

2)更新t_n+1时刻各部分安全壳壁面的温度：

t_w——t_n+1时刻某部分壁面的温度；

t_w0——t_n时刻某部分壁面的温度；

Δτ——时间步长；

m_w——某部分安全壳壁面质量；

cp_w——某部分安全壳壁面的定压比热容；

步骤7：将t_n+1时刻作为新的t_n时刻，重复步骤(1)至(6)，直到新的t_n时刻达到指定计算时间。