[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

说明书

本发明公开了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，装置包括中子物理模块、热工水力模块和燃料分析模块；方法包括通过内层迭代模块迭代计算燃料‑热工耦合数据；收敛后通过外层迭代模块迭代计算燃料‑物理‑热工耦合数据；本发明可实现燃料组件的燃料分析模块与反应堆的中子物理模块及热工水力模块的紧密耦合，从而集合各专业模块的优势，提升燃料组件综合性能预测精度；本发明将燃料组件性能分析程序与热工水力分析程序间的迭代求解作为内层循环，收敛后再与计算资源消耗较大的中子物理分析序进行耦合，减少收敛速率较低的重复计算，增加稳定性与高效性。

技术领域

本发明涉及反应堆分析技术领域，具体涉及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。

背景技术

反应堆内复杂多物理场环境下的堆内行为预测十分困难，例如在核反应堆模拟中，通常将中子输运过程、冷却剂流动换热过程及燃料材料辐照行为演化过程分离求解，一方面制约了各专业程序的预测精度和分析能力，另一方面也会影响不同专业程序间的协同设计效率。

已有的反应堆多物理场耦合分析技术以中子中子物理分析程序与热工水力程序间的核-热耦合为主，其主要特征为：1)以整个堆芯为分析对象；2)耦合参数较为简单，主要关注反应堆裂变释热及热量导出等关键特性；3)通常不考虑材料内部精细的热力学性能演化，无法精细化评价燃料组件的综合性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是反应堆内物理元件复杂，现阶段以中子物理分析程序与热工水力程序为主的耦合模型，无法精细化的评价燃料组件综合性能，目的在于提供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，实现了考虑内部热力学性能的情况下，精细化评价燃料组件的综合性能。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置，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。

可选地，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。

第二方面，一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算方法，基于上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；