[发明专利]一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法

权利要求书

1.一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，其特征在于，包括：

中子物理模块，其内设有中子物理分析程序；

热工水力模块，其内设有热工水力分析程序；

燃料分析模块，其内设有燃料组件性能分析程序；

所述中子物理模块、所述热工水力模块和所述燃料分析模块通信连接；

所述燃料分析模块和所述热工水力模块构成内层迭代模块，所述燃料分析模块向所述热工水力模块输出的参数包括燃料元件表面热流密度、流道变形数据；所述热工水力模块向所述燃料分析模块输出的参数包括冷却剂温度、冷却剂换热系数；

所述中子物理模块和所述内层迭代模块构成外层迭代模块，所述中子物理模块向所述内层迭代模块输出的参数包括燃料元件的功率和燃耗，所述内层迭代模块向所述中子物理模块输出的参数包括整合温度场和冷却剂密度；

所述中子物理分析程序为蒙卡运输程序、MOC物理分析程序；

所述热工水力分析程序为子通道程序、CFD程序；

所述燃料组件性能分析程序为FEM程序；

所述中子物理模块通过物理计算网格执行；

所述热工水力模块通过热工计算网格执行；

所述燃料分析模块通过燃料计算网格执行。

2.一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，所述方法包括：

通过内层迭代模块迭代计算热力水工模块和燃料分析模块的第一耦合数据；

判断第一耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则

通过外层迭代模块迭代计算内层迭代模块和中子物理模块的第二耦合数据；

判断第二耦合数据是否收敛，若否，则继续迭代；若是，则

判断是否达到时间步终点，若否，则进行新时间步初始化后重新迭代计算第一耦合数据和第二耦合数据；若是，则输出耦合模型；

其中，所述第一耦合数据为燃料-热工耦合数据，获得所述第一耦合数据的迭代方法包括：

进行新时间步初始化；

中子物理模块输出燃料元件的功率和燃耗；

将燃料元件的功率和燃耗映射到燃料分析模块，燃料分析模块读取燃料元件的功率和燃耗、冷却剂温度、换热系数，并执行燃料组件性能分析程序，获得燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据；

将燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据映射到热工水力模块，热工水力模块读取燃料元件表面热流密度和冷却剂流道变形数据，并执行热工水力分析程序，获得冷却剂温度和换热系数；

将冷却剂温度和换热系数作为燃料-热工耦合数据；

判断燃料-热工耦合数据是否收敛，若否，则将热工水力分析程序获得的冷却剂温度和换热系数映射至燃料分析模块，燃料分析模块迭代执行燃料组件性能分析程序；若是，则完成内层迭代，输出固体域温度场、流体域温度场、冷却剂密度场。

3.根据权利要求2所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，所述第二耦合数据为燃料-物理-热工耦合数据，获得第二耦合数据的方法包括：

将固体域温度场和流体域温度场整合，获得整合温度场；

将整合温度场和冷却剂密度场作为燃料-物理-热工耦合数据；

判断燃料-物理-热工耦合数据是否收敛，若否，则将整合温度场和冷却剂密度映射至中子物理模块，中子物理模块执行中子物理分析程序；若是，则判断是否达到时间步终点，若否，则进行新时间步初始化后重新迭代第一耦合数据和第二耦合数据；若是，则输出耦合模型。

4.根据权利要求3所述的一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，其特征在于，所述固体域温度的定义域为芯块和包壳，所述冷却剂温度、所述冷却剂密度、所述冷却剂换热系数、所述流道变形数据的定义域为流体区域，所述功率、所述燃耗的定义域为芯块，所述燃料元件表面热流密度的定义域为包壳壁面。