[发明专利]一种基于数据驱动的堆内流场流动特征和流体激励仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于数据驱动的堆内流场流动特征和流体激励仿真方法，包括如下：建立结构设计参数和流速分布之间的压力容器下封头流场静态降阶模型；建立预测燃料组件内部流场分布的燃料组件通道降阶模型，燃料组件通道降阶模型的输入包括燃料组件通道流体边界上的流速分布特征、流道内部的结构特征，燃料组件通道降阶模型的输出为组件通道内部各子通道的流速分布特征；建立输入为一个子通道的流速分布特征、一个子通道内的结构特征，输出为作用在一个子通道边界上的湍流力、流弹力分布特征的燃料组件子通道流场降阶模型，燃料组件中不同子通道的燃料组件子通道流场降阶模型并联构成一个燃料组件通道降阶模型；根据结合燃料组件子通道流场降阶模型进行瞬态CFD仿真计算湍流力、流弹力。

技术领域

本发明涉及核反应堆工程技术领域，更具体的，涉及一种基于数据驱动的堆内流场流动特征和流体激励仿真方法。

背景技术

大型压水堆堆芯由数万根燃料棒构成，燃料棒又由多层布满翼片的格架所支承，再加上流量分配装置等下部堆内构件，反应堆内流场异常复杂，难于准确获得流场内各位置的流动特征和流体激励。实验研究和CFD仿真是获取堆内流动数据的两种主要手段。通过实验可以获得高精度流动数据，但实验成本偏高，且测点数量和位置受限。并行和超算技术使得CFD仿真可用于大规模的流场分析，但其计算代价仍不适用于面向数字孪生的实时健康监测。

发明内容

本发明为了解决以上现有技术存在的不足与缺陷的问题，提供了一种基于数据驱动的堆内流场流动特征和流体激励仿真方法。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

一种基于数据驱动的堆内流场流动特征和流体激励仿真方法，所述的方法包括如下：

S1：建立结构设计参数和流速分布之间的压力容器下封头流场静态降阶模型，以实现输出任意给定结构设计参数下的堆芯入口流速分布特征；

S2：建立预测燃料组件内部流场分布的燃料组件通道降阶模型，所述的燃料组件通道降阶模型的输入包括燃料组件通道流体边界上的流速分布特征、流道内部的结构特征，所述的燃料组件通道降阶模型的输出为组件通道内部各子通道的流速分布特征；

S3：建立输入为一个子通道的流速分布特征、一个子通道内的结构特征，输出为作用在一个子通道边界上的湍流力、流弹力分布特征的燃料组件子通道流场降阶模型，燃料组件中不同子通道的燃料组件子通道流场降阶模型并联构成一个燃料组件通道降阶模型；

S4：根据结合燃料组件子通道流场降阶模型进行瞬态CFD仿真计算湍流力、流弹力。

优选地，建立压力容器下封头流场静态降阶模型，包括以下步骤：

S101：首先找出快照所张成的空间Ψ中的一组规范正交基使得集合中的元素在这组基上的投影最大，数学公式为：

式中，φ为基向量，U⁽ⁱ⁾为快照、k为计数、i向量个数；

S102:针对不同结构设计参数下的CFD计算结果，采用本征正交分解和谱本征正交分解并结合式(1)提取流动主模态；

S103:根据已有的工程实验数据作为基准，采用数据融合方法对仿真数据进行校准，修正流动主模态；

S104:采用本征正交分解和谱本征正交分解对不同参数下的流动主模态进行二次分解，并计算各个主模态对应的权值；

S105：针对不同结构设计参数下的堆芯入口流速，采用统计分析获取堆芯入口的流速指标；

S106：基于系统辨识方法构建结构设计参数和流速指标之间的压力容器下封头流场静态降阶模型，实现输出任意给定设计参数下的堆芯入口流速分布。