本發(fā)明屬于核反應堆安全分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預測核反應堆并聯(lián)通道管間脈動的方法。

技術(shù)背景

隨著核能的廣泛利用，科學有效地評估核反應堆的安全性越來越重要，對反應堆系統(tǒng)中流動不穩(wěn)定性現(xiàn)象的研究越來越多。反應堆系統(tǒng)中存在大量的并聯(lián)冷卻劑通道，通道間相互作用會引起各通道流量的震蕩，即管間脈動現(xiàn)象。管間脈動發(fā)生時，盡管并聯(lián)通道總流量可能保持不變，某些通道的流量可能發(fā)生劇烈變化，影響反應堆的安全運行。核反應堆運行過程中，通道間的局部流量震蕩難以準確測量，因此，預測核反應堆并聯(lián)通道管間脈動對于核安全有著重要意義。

管間脈動是一種兩相流動不穩(wěn)定現(xiàn)象。目前國內(nèi)外的管間脈動分析中存在兩方面問題。第一，計算管間脈動所采用的兩相流動模型多基于均相流模型。由于均相流模型將兩相流動等效為單相流動，無法對復雜的兩相流動不穩(wěn)定性現(xiàn)象進行準確的描述。第二，現(xiàn)有的兩相熱工水力分析程序無法專門針對管間脈動特性進行計算分析，難以直接應用于反應堆并聯(lián)通道管間脈動的預測。

基于以上

背景技術(shù)：
，需要發(fā)明一種準確描述兩相特性，針對管間脈動現(xiàn)象的分析計算方法，使得其能夠準確預測核反應堆并聯(lián)通道管間脈動現(xiàn)象，對反應堆實際運行和安全分析評價提供參考。

發(fā)明說明

為解決上述現(xiàn)有的管間脈動分析方法存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于兩流體模型的并聯(lián)通道管間脈動計算分析方法，既能夠?qū)Σ⒙?lián)通道管間脈動的兩相流動行為進行準確計算，又能對管間脈動的特性進行分析。

本發(fā)明的采用技術(shù)方案為：

一種預測核反應堆并聯(lián)通道管間脈動的方法，包括如下步驟：

步驟一：給定各并聯(lián)通道的幾何及熱工水力邊界參數(shù)：其中幾何參數(shù)包括各并聯(lián)通道的流通面積、高度、水力直徑和熱力直徑，熱工水力邊界參數(shù)包括各并聯(lián)通道的出口壓力、進口流速、進口比焓和熱功率：給定計算步長和計算總時間；

步驟二：初始化各并聯(lián)通道的各相計算初值，包括各并聯(lián)通道的出口壓力、進口流速和進口比焓；

步驟三：根據(jù)當前時層的出口壓力、進口流速和進口比焓，計算各并聯(lián)通道的密度、溫度以及質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程及能量守恒方程的源項；

步驟四：對質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程及能量守恒方程進行離散，并對各并聯(lián)通道的壓力、流速、密度和比焓進行求解；

步驟五：通過判斷各通道壓降是否相等的方法判定各并聯(lián)通道的流量分配是否收斂；是則進行下一步，否則重新進行各并聯(lián)通道的流量分配后，重復步驟三；

步驟六：根據(jù)給定的計算步長和計算總時間判斷是否完成計算；是則進行下一步，否則計算下一計算時間，返回步驟三進行下一時層的計算；

步驟七：使用頻譜分析方法將計算時間內(nèi)的各通道的流量時域信息變化為頻域信息，即可獲得各并聯(lián)通道流量變化的頻率、周期及相位；當各通道流量出現(xiàn)反相時，即可判定發(fā)生了管間脈動。

與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點：

1.使用了兩流體模型，通過求解各相的守恒方程，對兩相行為進行精確的描述。

2.使用頻譜分析方法對兩流體模型求得的流量信息進行分析，可以準確獲得管間脈動的細節(jié)信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的計算流程圖。

圖2為一種并聯(lián)通道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一種管間脈動發(fā)生時的各通道流量變化的時域信息。

圖4為一種管間脈動發(fā)生時的各通道流量變化的頻域信息。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明一種預測核反應堆并聯(lián)通道管間脈動的方法，包括如下步驟：

步驟一：取一個典型的壓水堆并聯(lián)雙通道，如圖2所示。各通道直徑10mm，高度1m。給定壓力為15Mpa，進口流速為1m/s，進口比焓為1040kJ/kg，熱功率為258.3W。給定計算步長為0.01s，計算總時間為20s。

步驟二：本例中，各并聯(lián)通道的各相計算初值化數(shù)值采用步驟一中給定的邊界值。

步驟三：本例中，密度采用IAPWS-IF97水物性計算。采用的質(zhì)量守恒方程為

動量守恒方程為

能量守恒方程為

式中，上標k表示為氣相或液相，氣相用g表示，液相用f表示。以下為本例中計算源項的方法。為壁面摩擦引起的動量源項，本例中采用Martinelli-Lockhart方法計算兩相摩擦阻力。為相間摩擦阻力，本例中采用EPRI方法計算兩相相間摩擦阻力。為相間換熱，采用Plesset-Zwick方法計算兩相之間的換熱量。

步驟四：本例對守恒方程采用有限體積法進行離散，采用半隱式壓力速度耦合方法進行求解。

步驟五：采用判斷各通道壓降是否相等的方法判定流量分配是否收斂。若不相等，流量分配的方法為

式中為各通道各相經(jīng)過分配的入口速度，為上一時層計算的速度，為各通道進口壓力，Pa為平均壓力。若流量分配不收斂，返回步驟三計算，直至收斂，即得到當前時間的流量。

步驟六：根據(jù)給定的計算步長，計算總時間判斷是否完成計算。若未完成計算，將當前時間加上給定的時間步長，返回步驟三進行下一時層的計算。直至計算完成。

步驟七：本例中計算得到的流量時域信號如圖3所示。使用快速傅里葉變換方法進行頻域分析，結(jié)果如圖4所示。兩個通道發(fā)生了相位相反，即判定發(fā)生了管間脈動。

以上實施例預測了上述形式的反應堆并聯(lián)通道在上述給定的參數(shù)下，會發(fā)生管間脈動。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。