[发明专利]基于测量数据获取熔融池表面冷却热流密度的方法

说明书

本发明公开了基于测量数据获取熔融池表面冷却热流密度的方法，向熔融池表面注水冷却过程中，采集熔融池各测温点处对应温度，各测温点沿熔融池竖直方向上分布；沿竖直方向上对熔融池划分网格节点，网格节点至少包括与测温点重合的节点；依据划分网格节点，建立熔融池一维非稳态导热的离散方程组；采用线性化方法对熔融池温度场进行初始化，依据网格节点的高度，获得网格节点的初始温度；求解一维非稳态导热的离散方程组，获得液态熔融物表面冷却的热流密度；测温点包括熔融池上表面、中部和底部测温点。本发明提供的方法满足熔融物表面冷却实验要求，可以支撑熔融物冷却技术的开发，为开展熔融物顶部注水实验提供基础和前提。

技术领域

本发明涉及反应堆事故现象测算技术领域，具体涉及一种基于测量数据获取熔融池表面冷却热流密度的方法。

背景技术

反应堆丧失有效冷却时，堆内构件和燃料元件全部熔化形成熔融物。若熔融物无法实施有效冷却凝固，熔融物会熔穿反应堆压力容器，熔融物及放射性物质会扩散至反应堆安全壳内。熔融物在安全壳内会烧蚀混凝土，释放出可燃性气体。极端条件下，混凝土地基会被熔穿，从而造成安全壳失效，威胁人类生存环境。因此在反应堆发生严重事故时，需要对熔融物进行及时冷却凝固，终止事故进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了研究反应堆熔融物冷却技术，需要开展熔融物顶部注水实验，获得液态熔融物上表面冷却热流密度，本发明提供了解决上述问题的基于测量数据获取熔融池上表面冷却热流密度的方法，在开展熔融物顶部注水冷却实验过程中，通过本发明提供的数据测量和后处理方法获得液态熔融物表面冷却的热流密度。

本发明通过下述技术方案实现：

基于测量数据获取熔融池表面冷却热流密度的方法，包括以下步骤：

步骤A，在向熔融池表面注水冷却过程中，采集熔融池各测温点处对应温度，各测温点沿熔融池竖直方向上分布；

步骤B，沿竖直方向上对熔融池划分网格节点，网格节点至少包括与所述测温点重合的节点；

步骤C，依据所述划分网格节点，建立熔融池一维非稳态导热的离散方程组；

步骤D，采用线性化方法对熔融池温度场进行初始化，依据网格节点的高度，获得网格节点的初始温度；

步骤E，求解一维非稳态导热的离散方程组，获得液态熔融物表面冷却的热流密度；

所述测温点包括熔融池上表面测温点、熔融池中部测温点和熔融池底部测温点。

进一步地，熔融池一维非稳态导热的离散方程如下：

式中ρ为密度，C_p为比热容，T为温度，τ为时间，λ为导热系数，z为熔融池竖直方向高度，Φ为熔融物凝固过程放出的结晶潜热。

进一步地，所述步骤B中，沿熔融池竖直方向上共划分了1到m个网格节点，每个节点对应的温度为T₁，T₂，…，T_n；网格节点1、j和m依次对应与熔融池上表面测温点、熔融池中部测温点和熔融池底部测温点重合，T₁、T_j和T_m分别对应T_a、T_b和T_c。

进一步地，网格节点1的一维非稳态导热离散方程为：

网格节点m的一维非稳态导热离散方程为：

网格节点j的一维非稳态导热离散方程为：