[发明专利]氧化腐蚀产物生长和局部腐蚀预测方法

说明书

本发明提供了氧化腐蚀产物生长和局部腐蚀预测方法，采用腐蚀产物在燃料棒包壳上的沉积率与冷却剂对CRUD的剥蚀率之间的动态平衡，计算得到CRUD的沉积层目标厚度，实现了CRUD生长数值的预测；通过计算CRUD的传热参数，以得到CRUD和燃料棒包壳之间的接触温度，并根据接触温度计算得到氧化层厚度，从而实现了对CRUD导致的局部腐蚀即CILC的数值预测，揭示了氧化腐蚀产物对堆芯安全的影响规律，进一步对预测燃料棒的完整性、防止放射性物质外泄和确保反应堆安全均具有重要价值。

技术领域

本发明涉及核电站一回路系统氧化腐蚀产物和反应堆堆芯安全预测技术领域，尤其是涉及堆芯氧化腐蚀产物生长和燃料包壳局部腐蚀预测方法。

背景技术

压水堆堆芯燃料棒包壳上生成的CRUD(Chalk River Unidentified Deposit，腐蚀产物沉积层)具有多孔介质结构，会给燃料棒换热带来额外的热阻，导致堆芯换热效率降低，局部温度过高，造成包壳局部腐蚀等问题，给燃料棒完整性和反应堆安全运行带来隐患。然而，由于CRUD形态的多样性以及两相流的复杂性，CRUD对反应堆安全特性的影响规律与机制不完全明确，现有的一系列模拟腐蚀产物沉积的研究主要集中在腐蚀产物的运输和计量分布上，对氧化腐蚀产物生长、多孔介质传热和传热导致的局部腐蚀研究较少。因此，亟需一种适用于CRUD生长和CILC(CRUD induced localized corrosion)的数值预测技术，以揭示氧化腐蚀产物对堆芯安全的影响规律。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供氧化腐蚀产物生长和局部腐蚀预测方法，以缓解上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种氧化腐蚀产物生长和局部腐蚀预测方法，该方法包括：获取第一参数，并根据第一参数和生长模型计算得到腐蚀产物单位面积生长速率；其中，第一参数包括近壁面流体的温度和流速，以及多个生长工况计算参数；根据腐蚀产物单位面积生长速率计算得到腐蚀产物沉积层CRUD的沉积层目标厚度；其中，沉积层目标厚度用于表征腐蚀产物任意时刻沉积和剥蚀同时作用得到的沉积层厚度；获取第二参数，并根据第二参数和计算模型，计算得到CRUD的传热参数；其中，传热参数包括：导热率、气泡脱离直径、气泡脱离频率和成核位点密度；根据传热参数计算得到接触温度；其中，接触温度用于表征CRUD和燃料棒包壳之间温度，且，CRUD和燃料棒包壳之间还存在有氧化层；获取第三参数，并根据第三参数和接触温度计算得到氧化层厚度；根据氧化层厚度生成氧化层的局部腐蚀结果。

优选地，腐蚀产物包括溶解腐蚀产物和颗粒腐蚀产物，生长模型包括溶解生长模型、颗粒生长模型和剥蚀模型，生长工况参数包括：溶解生长工况参数、颗粒生长工况参数和剥蚀工况参数；根据第一参数和生长模型计算得到腐蚀产物单位面积生长速率的步骤，包括：根据溶解生长工况参数和溶解生长模型计算得到溶解腐蚀产物单位面积沉积速率；根据颗粒生长工况参数和颗粒生长模型计算得到颗粒腐蚀产物单位面积沉积速率；根据剥蚀工况参数和剥蚀模型计算得到腐蚀产物单位面积剥蚀速率；根据溶解腐蚀产物单位面积沉积速率、颗粒腐蚀产物单位面积沉积速率和腐蚀产物单位面积剥蚀速率，计算得到腐蚀产物单位面积生长速率。

优选地，计算模型包括：KI模型、Cole模型和YK模型；第二参数包括：液相密度、气相密度、接触角、重力加速度、表面张力、空腔密度、空腔腔口半径、气泡最大空腔半径、气泡最小空腔半径和空腔锥角；根据第二参数和计算模型，计算得到CRUD的传热参数的步骤，包括：根据液相密度、气相密度、接触角、重力加速度、表面张力以及KI模型，计算得到气泡脱离直径；根据气泡脱离直径、液相密度、气相密度、重力加速度以及Cole模型，计算得到气泡脱离频率；根据空腔密度、接触角、空腔锥角、空腔腔口半径、气泡最大空腔半径、气泡最小空腔半径以YK模型，计算得到成核位点密度。

优选地，根据液相密度、气相密度、接触角、重力加速度、表面张力以及KI模型，计算得到气泡脱离直径的步骤，包括：KI模型的表达式如下：