瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法及系统

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力技术领域，尤其涉及瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法及系统。

背景技术

海上核动力浮动平台等新型核动力装置的设计和建造要求开展堆芯CHF(临界热流密度)实验研究，以获得设计需要的计算关系式。棒束燃料组件是现代大型压水堆堆芯普遍采用的燃料组件形式，其冷却剂流道为彼此联通的开式通道。瞬变外力场可能显著改变通道之间的横流特性，从而使局部状态参数发生显著改变，导致组件内沸腾临界发生的位置和CHF数值大小产生变化，因而瞬变外力场作用下棒束通道CHF实验研究是必要的课题。

在现有静止条件下棒束实验中，流道四周为冷通道，不发生CHF，只在中心通道发生CHF。而由于瞬变外力场作用将可能导致CHF发生的位置和大小发生变化，为了更好地识别瞬变外力场对CHF的影响，现有静止条件下的流道确定方法不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法及系统，按照该方法或该系统确定棒束本体的流道，不仅可有效识别瞬变外力场对其CHF特性的影响，而且具有较好的经济性。

本发明通过下述技术方案实现：

瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法，包括以下步骤：

获取棒束通道规模；所述棒束通道规模，根据原型大规模燃料组件的参数从所述原型大规模燃料组件中选取部分燃料棒获取；

获取最佳棒束通道规模，所述最佳棒束通道规模为：所述棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与所述原型大规模燃料组件的流动传热特性相同，且燃料棒数目最小的棒束通道规模；

获取所述最佳棒束通道规模的最佳参数，所述最佳参数为：使得所述最佳棒束通道规模中各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的参数值。

优选地，所述原型大规模燃料组件的参数包括燃料组件的分布方式、燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距。

优选地，获取所述最佳棒束通道规模包括以下子步骤：

获取所述原型大规模燃料组件与所述棒束通道规模的流动传热特性；

将所述原型大规模燃料组件的流动传热特性与所述棒束通道规模的流动传热特性进行对比；

从所述棒束通道规模中选取第一棒束通道规模，所述第一棒束通道规模为：所述棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与所述原型大规模燃料组件的流动传热特性相同的棒束通道规模；

从所述第一棒束通道规模中选取燃料棒数目最小的第一棒束通道规模作为所述最佳棒束通道规模。

优选地，获取所述最佳棒束通道规模的最佳参数包括以下子步骤：

获取当前所述最佳棒束通道规模的参数值；

并根据所述参数值调节所述棒边距的值；

获取不同棒边距下的棒束通道流动传热特性；

选取使得各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的棒边距。

优选地，所述子通道包括典型子通道、角通道和边通道。

瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取系统，包括：

棒束通道规模模块，用于获取棒束通道规模，所述棒束通道规模，根据原型大规模燃料组件的参数从所述原型大规模燃料组件中选取部分燃料棒获取；

最佳棒束通道规模模块，用于获取最佳棒束通道规模，所述最佳棒束通道规模为：所述棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与所述原型大规模燃料组件的流动传热特性相同，且燃料棒数目最小的棒束通道规模；

最佳参数模块，用于获取所述最佳棒束通道规模的最佳参数，所述最佳参数为：使得所述最佳棒束通道规模中各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的参数值。

优选地，所述原型大规模燃料组件的参数包括燃料棒的分布方式、燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距。

优选地，所述最佳棒束通道规模模块包括以下处理过程：

获取所述原型大规模燃料组件与所述棒束通道规模的流动传热特性；

将所述原型大规模燃料组件的流动传热特性与所述棒束通道规模的流动传热特性进行对比；

从所述棒束通道规模中选取第一棒束通道规模，所述第一棒束通道规模为：所述棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与所述原型大规模燃料组件的流动传热特性相同的棒束通道规模；

从所述第一棒束通道规模中选取燃料棒数目最小的第一棒束通道规模作为所述最佳棒束通道规模。

优选地，所述最佳参数模块包括以下处理过程：

获取当前所述最佳棒束通道规模的参数值；

并根据所述参数值调节所述棒边距的值；

获取不同棒边距下的棒束通道流动传热特性；

选取使得各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的棒边距。

优选地，所述子通道包括典型子通道、角通道和边通道。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、在现有静止条件下的棒束实验中，流道四周为冷通道，不发生沸腾临界。而本发明使各个子通道在静止条件下发生CHF的大小相差不大，消除了冷热通道的设计，从而更好地分析瞬变外力场对CHF的影响；

2、确保棒束通道规模和原型大规模燃料组件的典型子通道在流动传热方面具有良好一致性，实现实验对原型的有效模拟；

3、确保典型子通道具有一致性的前提下，选取最小规模棒束通道，这种模拟方式可实现性强，具有较好的经济性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种运动条件下棒束通道CHF流道选取方法流程图；

图2为典型棒束流道示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)获取棒束通道规模；

首先，梳理原型大规模燃料组件参数，获取原型大规模燃料组件中的燃料棒的分布方式(N×N排列)，燃料棒的直径，相邻燃料棒之间的距离以及棒边距。

其中，原型大规模燃料组件是由若干个典型棒束流道组成，典型棒束流道如图2所示，D为燃料棒直径，P为两个相邻燃料棒之间的距离，L为棒边距。

其次，开展棒束通道规模的选取，在选取过程中，保持燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距不变，即：与原型大规模燃料组件中的燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距一致。同时，在选取过程中调整棒束通道规模中的燃料棒数目。例如，采用从小到大的原则进行选取，选取2×2、3×3、4×4、……等不同的棒束通道规模。

(2)获取最佳棒束通道规模

首先，获取原型大规模燃料组件与多个棒束通道规模的流动传热特性；

其次，将原型大规模燃料组件的流动传热特性与不同的棒束通道规模的流动传热特性进行对比分析。对比分析时可借助计算流体力学软件FLUENT、CFX或其他流体力学软件计算同一流速、相同入口温度以及相同压力条件下的棒束通道的温度场和流场；值得说明的是，在计算时，功率的选取应确保流道内流体处于单相状态，且不同流道的总功率和流量与流道横截面积成正比；

然后，根据计算结果，在保证棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与原型大规模燃料组件具有良好一致性的前提下，从多个棒束通道规模中选取燃料棒数目最小的棒束通道规模作为最佳棒束通道规模。

(3)获取最佳棒束通道规模的最佳参数

基于(2)中获取的最佳棒束通道规模，此时的最佳棒束通道规模的参数包括燃料棒数目、燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距；在保证燃料棒数目、燃料棒直径和相邻燃料棒之间的距离不变的条件下，调节棒边距的值。具体的，每调节一次棒边距的值，就用计算流体力学软件计算一次当前棒边距条件下的棒束通道流动传热特性，直至各个子通道(典型子通道、角通道和边通道)的平均温度和平均流速比较接近，此时的参数即为最佳棒束通道规模的最佳参数，该参数下的最佳棒束通道规模中的各个子通道在静止条件下发生CHF的大小相差不大，可更好地分析瞬变外力场对CHF的影响。

本申请提供的技术方案主要包括流道规模的选取和流道尺寸的选取，在流道规模的选取中，通过采用小的棒束通道规模模拟原型大规模燃料组件，在确定典型中心通道流动传热和原型大规模燃料组件一致的条件下，选取燃料棒数目最小的棒束通道规模，这种选取方法既能确保本体实验结果对原型燃料组件CHF特性模拟的准确性，又具有很好的经济性。在本体流道规模确定以后，再选取本体流道尺寸，使得各个子通道在静止条件下发生CHF的大小相差不大，消除冷热通道的设计，从而能够很好地识别瞬态外力场作用对CHF的影响。

瞬变外力场作用下棒束通道CHF的流道选取系统，包括：

棒束通道规模模块，用于获取棒束通道规模，棒束通道规模，根据原型大规模燃料组件的参数从原型大规模燃料组件中选取部分燃料棒获取；

最佳棒束通道规模模块，用于获取最佳棒束通道规模，最佳棒束通道规模为：棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与原型大规模燃料组件的流动传热特性相同，且燃料棒数目最小的棒束通道规模；

最佳参数模块，用于获取最佳棒束通道规模的最佳参数，最佳参数为：使得最佳棒束通道规模中各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的参数值。

其中，在本实施例中，原型大规模燃料组件的参数包括燃料棒的分布方式、燃料棒直径、相邻燃料棒之间的距离以及棒边距。

最佳棒束通道规模模块包括以下处理过程：

获取原型大规模燃料组件与棒束通道规模的流动传热特性；

将原型大规模燃料组件的流动传热特性与棒束通道规模的流动传热特性进行对比；

从棒束通道规模中选取第一棒束通道规模，第一棒束通道规模为：棒束通道规模中的典型子通道流动传热特性与原型大规模燃料组件的流动传热特性相同的棒束通道规模；

从第一棒束通道规模中选取燃料棒数目最小的第一棒束通道规模作为最佳棒束通道规模。

最佳参数模块包括以下处理过程：

获取当前最佳棒束通道规模的参数值；

并根据参数值调节棒边距的值；

获取不同棒边距下的棒束通道流动传热特性；

选取使得各个子通道的平均温度和平均流速比较接近的棒边距。

其中，子通道包括典型子通道、角通道和边通道。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。