一種新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核電廠乏燃料貯存設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種采用新的基于CFD(計算 流體力學(xué)）方法與傳統(tǒng)的熱工分析方法（單通道模型）相耦合的計算方法，對整個乏燃料 水池的流場、溫度場以及貯存格架進(jìn)行較為實際地模擬。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在中國建造的壓水堆電廠都設(shè)置有乏燃料貯存水池，換料大修期間，堆芯組 件被卸載到乏燃料貯存水池內(nèi)的貯存格架中，一回路檢修完畢后，再將部分卸出組件與新 組件重新裝入堆芯，另外一部分燃耗高的乏燃料組件將被放置在乏燃料水池內(nèi)的貯存格架 中長期貯存。
[0003] 由于換料卸出的燃料組件具有衰變熱，會持續(xù)發(fā)出熱量，因此需要對乏燃料貯存 格架中的乏燃料組件進(jìn)行冷卻。為了保證乏燃料組件冷卻的安全性及乏燃料水池內(nèi)的溫度 不能過高而影響水池壁面材料的性能和壽命，需要對乏燃料水池內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。這一 方面要求設(shè)置足夠的換熱功率，另一方面由于水池較大，需要保證水池冷卻不會因為局部 流動不充分而導(dǎo)致局部過熱。因此，從乏燃料貯存的冷卻安全角度考慮，必須對乏燃料水池 及貯存格架的熱工水力狀態(tài)進(jìn)行分析計算。
[0004] 在目前的熱工分析計算中，乏燃料水池的分析計算采用CFD方法，乏燃料貯存格 架的分析計算采用單通道模型方法，雖然這兩種方法在熱工分析計算中都得到應(yīng)用，但卻 是分開進(jìn)行的，在兩者之間缺乏直接的耦合。本發(fā)明將CFD方法和單通道模型直接耦合在 一起，從而計算出整個乏燃料水池及貯存格架內(nèi)的冷卻劑溫度場分布及乏燃料組件的溫度 分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對核電廠乏燃料貯存的熱工設(shè)計，提供一種新的乏燃料水池 及貯存格架熱工水力耦合計算方法，從而對整個乏燃料水池的流場、溫度場以及貯存格架 進(jìn)行較為實際地模擬，給出整個乏燃料水池的溫度分布以及貯存格架內(nèi)乏燃料組件的溫度 分布，對核電廠乏燃料貯存的熱工水力狀態(tài)進(jìn)行安全評價。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方 法，包括如下步驟：
[0007] (1)首先采用CFD方法對整個乏燃料水池的流場、溫度場進(jìn)行建模計算，得到乏燃 料貯存格架出入口壓差及格架入口溫度；
[0008] (2)將CFD方法計算得到的乏燃料貯存格架出入口的壓差及格架入口溫度作為乏 燃料貯存格架單通道熱工計算的輸入條件；
[0009] (3)采用單通道模型對貯存格架及乏燃料組件進(jìn)行流動和傳熱計算，得到格架出、 入口流量和格架出口溫度；
[0010] ⑷將單通道模型計算得到的格架出、入口流量和格架出口的溫度作為邊界條件 回傳到步驟（1)，利用CFD方法開始新一輪的乏池流場、溫度場計算；
[0011] (5)通過CFD計算與單通道計算的迭代耦合計算，最終得到滿意的收斂結(jié)果，從而 得到整個乏燃料水池及貯存格架內(nèi)的冷卻劑溫度場分布及乏燃料組件的溫度分布。
[0012] 進(jìn)一步，如上所述的新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法，步驟（1) 中所述的內(nèi)容主要是通過對水池、格架以及乏燃料組件模型化，從而建立乏燃料水池CFD 分析計算模型。通過對乏燃料水池流場、溫度場的分析計算，得到乏燃料貯存格架出入口壓 差及格架入口溫度
[0013] 進(jìn)一步，如上所述的新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法，步驟（2) 將CFD方法計算得到的乏燃料貯存格架出入口的壓差及格架入口溫度作為乏燃料貯存格 架單通道熱工計算的輸入條件，建立格架單通道計算模型，編制接口程序，執(zhí)行CFD軟件與 單通道熱工計算模型的鏈接，實現(xiàn)了乏池與格架熱工水力計算的第一次耦合。
[0014] 進(jìn)一步，如上所述的新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法，步驟（3) 主要采用單通道模型對貯存格架及乏燃料組件進(jìn)行流動和傳熱計算，得到格架出、入口流 量和格架出口溫度；
[0015] 進(jìn)一步，如上所述的新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法，步驟（4) 通過所編制的接口程序，執(zhí)行CFD軟件與單通道熱工計算的鏈接，將單通道模型計算得到 的格架出、入口流量和格架出口的溫度作為邊界條件回傳到步驟（1)，實現(xiàn)了乏池與格架熱 工水力計算的第二次耦合。
[0016] 進(jìn)一步，如上所述的新的乏燃料水池及貯存格架熱工水力耦合計算方法，步驟（5) 建立了所計算熱工參數(shù)的收斂準(zhǔn)則，監(jiān)視迭代耦合計算過程，通過CFD方法與單通道模型 的多次迭代耦合計算，最終得到滿足收斂準(zhǔn)則的真實準(zhǔn)確的計算結(jié)果。
[0017] 本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明應(yīng)用一種新的熱工水力耦合計算方法，能夠?qū)Ψ?燃料水池及貯存格架的流場、溫度場進(jìn)行更加準(zhǔn)確的模擬與評估，對乏燃料貯存的安全性 進(jìn)行更加準(zhǔn)確的評價，從而提高核電廠乏燃料貯存的經(jīng)濟(jì)性，保證乏燃料貯存在核電廠運 行期間的安全。
【附圖說明】
[0018] 圖1為CFD方法與單通道模型耦合計算方法示意圖；
[0019]圖2為實施例中乏燃料水池及貯存格架模擬示意圖；
[0020] 圖3為實施例中貯存格架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為實施例中乏燃料貯存格架上下表面的壓力分布；
[0022]圖5為實施例中乏燃料貯存格架自然循環(huán)示意圖；
[0023] 圖6為實施例中乏燃料貯存單元出、入口流量與組件功率的關(guān)系曲線；
[0024] 圖7為實施例中貯存格架出口的溫度分布；
[0025] 圖8為實施例中貯存格架上、下表面的溫度分布；
[0026]圖9為實施例中乏燃料貯存單元中的冷卻劑及燃料組件表面的溫度分布；
[0027] 圖10為實施例中乏燃料水池壁面的溫度分布。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0029] 本發(fā)明采用CFD方法和單通道模型相耦合的計算方法，即首先采用CFD方法對整 個水池的流場、溫度場進(jìn)行計算，得到乏燃料貯存格架的壓差及格架入口溫度，并將此作為 乏燃料貯存格架單通道熱工計算的輸入條件；然后采用單通道模型對貯存格架及乏燃料組 件進(jìn)行流動和傳熱計算，并將計算得到的格架出、入口流量和格架出口的溫度作為邊界條 件傳遞回CFD軟件，通過單通道模型和CFD計算模型的耦合計算，從而得到整個乏燃料水池 及貯存格架內(nèi)的冷卻劑溫度場分布及乏燃料組件的溫度分布。
[0030] 圖1給出了針對乏燃料水池的CFD計算1與針對貯存格架與組件的單通道熱工計 算7兩部分耦合起來的計算方法示意圖。
[0031] 其中，通過對乏燃料水池的CFD計算，能夠獲得較為詳細(xì)和更加真實的水池內(nèi)的 流場2與溫度場4情況，從流場2的計算結(jié)果中能夠得到每個貯存格架的出入口壓差3 ;從 溫度場4的計算結(jié)果中能夠得到每個貯存格架的入口溫度5。
[0032] 針對每個貯存格架以及貯存在格架內(nèi)的乏燃料組件，CFD計算得到