[发明专利]一种堆芯熔化收集器的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种堆芯熔化收集器的优化设计方法，对简化的堆芯熔化收集器进行建模，根据对称边界取部分托盘进行建模；将熔融物简化为圆柱状，初始条件设置为一盒燃料元件全部融化，从大栅格板掉落至堆芯熔化收集器顶盖及托盘；采用三维的DEM方法进行计算，在计算结果的径向上均匀地取至少10个样本点，定义无量纲不均匀度σ量化不同堆芯熔化收集器结构及尺寸对碎片床形成厚度分布的影响。本发明通过简化的建模，大大减少了DEM建模计算的所需时间，并且保证了计算精度，减小了计算参数的确定难度，定义的不均匀度为堆芯熔化收集器设计的优化提供了依据。

技术领域

本发明属于核反应堆安全设施设计技术领域，具体涉及一种堆芯熔化收集器的优化设计方法。

背景技术

堆芯解体事故是钠冷快堆中一种超设计基准事故，在堆芯熔化解体后，其正下方是钠冷快堆反应堆主容器的底部，一般在堆芯下方，反应堆主容器上方安装堆芯熔化收集器，来保证在发生堆芯解体事故后主容器的完整性。

目前，钠冷快堆中堆芯熔化收集器的主要结构包括托盘，通道，通道顶盖和支撑架。其中的托盘是固定在支撑架上的，托盘上固定有数目不定的通道，中央通道位于托盘和支撑架的中轴线位置上，而且穿过托盘。通道的顶部有通道顶盖，通道顶盖是由3个或3个以上的等腰三角形金属片组成，或者呈圆锥形。通道顶盖朝各个方向向下倾斜，这样可以有效避免任务掉落时向一个方向堆积，一定程度避免二次临界的发生。中央通道周围均匀分布着若干周围通道，通道的结构与中央通道结构类似，尺寸相同。托盘包括托盘底板和托盘圆筒，托盘圆筒位于托盘底板的边缘。托盘由中央向四周有小角度的倾斜以便熔融物散开。中央通道可以流通冷却剂钠，以保证钠的自然对流冷却熔融物。

但是在该堆芯熔化收集器的结构与尺寸设计过程中存在难度。结构方面，如托盘上方周围通道的个数，位置等参数难以确定。尺寸方面，如中央通道和周围通道的直径，高度；各个通道顶盖的高度，倾角；托盘底板的直径，以及圆筒高度的确定也没有评价依据，很难获得对于反应堆来说最优的堆芯熔化收集器设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种堆芯熔化收集器的优化设计方法，量化不同堆芯熔化收集器结构及尺寸对碎片床形成厚度分布的影响。

本发明采用以下技术方案：

一种堆芯熔化收集器的优化设计方法，对简化的堆芯熔化收集器进行建模，根据对称边界取部分托盘进行建模；将熔融物简化为圆柱状，初始条件设置为一盒燃料元件全部融化，从大栅格板掉落至堆芯熔化收集器顶盖及托盘；采用三维的DEM方法进行计算，在计算结果的径向上均匀地取至少10个样本点，定义无量纲不均匀度σ量化不同堆芯熔化收集器结构及尺寸对碎片床形成厚度分布的影响。

具体的，包括以下步骤：

S1、根据现有堆芯熔化收集器结构以及尺寸，通过对收集器结构的简化，建立1:1的计算模型；

S2、采用三维的离散要素法DEM对底面托盘、通道以及通道顶盖的45°进行计算，模型的侧边设置为对称边界，熔融物与之发生碰撞后返回，采用对称边界进行计算；

S3、对于每种工况的结果，在径向方向上均匀选取至少10个样本点；

S4、定义无量纲的不均匀度σ，量化不同堆芯熔化收集器结构对碎片床形成厚度分布的影响；

S5、通过计算不同堆芯熔化收集器结构和尺寸下的σ，得出最优的堆芯熔化收集器设计。

进一步的，步骤S1中，托盘顶盖为一个圆锥形顶盖，倾角与实际保持相同，顶盖直径与通道顶盖的宽度一致，取托盘的八分之一进行建模，通道与通道顶盖的高度和半径采用实际收集器的高度和半径，模型的托盘底板保持了中间高，边缘低的1°倾角，托盘圆筒实际高度相同。