[发明专利]利用粒子网格混合法研究堆芯内共晶反应及高温熔化行为的方法

说明书

一种利用粒子网格混合法研究堆芯内共晶反应及高温熔化行为的方法，主要步骤如下：1、针对具体问题设定粒子初始布置；2、对初始粒子位置进行网格划分；3、使用有限体积法求解质量扩散方程及能量方程，得到下一时层的质量和温度解；4、使用移动粒子半隐式法求解动量方程，得到粒子的位置及速度；5、迭代求解步骤2～4，直到求解得到所需时刻的结果；6、输出计算结果，后处理得到堆芯内的热量分布、熔融物分布及熔融物迁移情况。本发明方法具有移动粒子半隐式法精确处理自由表面及模拟相变的优点，同时具有有限体积法计算的高精度性，能够通过此方法来研究堆芯熔化的进程，为核电厂反应堆严重事故堆芯早期熔化安全特性的研究提供重要依据。

技术领域

本发明涉及核电厂严重事故堆芯内共晶反应及高温熔化行为特性研究技术领域，具体涉及一种利用粒子网格混合法研究堆芯内共晶反应及高温熔化行为的方法。

背景技术

近期我国核电发展迅速。为了改变我国现有的能源结构，缓解对环境的压力、实现减排目标，国家制定了庞大的核电中长期发展规划。日本福岛核电站事故对我国核电安全敲响了警钟。事故发生后，我国政府高度重视我国核电的安全问题。开展反应堆严重事故机理及关键技术研究可以了解和熟悉严重事故过程，为核电站制定完善的严重事故环节策略提供技术支持，制定一些防止严重事故发生的措施，减少严重事故发生的可能性和概率。

但严重事故本身是一个多相态、多组分的复杂物理和化学过程，严重事故的燃料熔化和烛化过程是严重事故进程的关键环节：它能提供堆内及堆外严重事故现象的初始条件，诱发对压力容器完整性的威胁，并能决定裂变产物及氢气源项。堆内燃料熔融物的迁移过程相关知识同样非常重要，它为堆芯冷却(堆芯再淹没)及压力容器失效分析提供帮助。堆芯熔化过程是一个非连贯的过程，它会导致堆芯材料在不同的温度下熔化或者液化。氧化锆包壳层能够明显地延缓熔融物(U，Zr，O)及其它熔化在内的物质的迁移。这些熔融物在不同的温度、不同的轴向位置受到冷却固化，并由陶瓷的包壳覆盖金属物质。如果事故不能得到缓解，这些包壳可能会失效并导致熔融物材料的再迁移，碎片进入下腔室。在预测堆芯熔化的这一系列过程中，存在很多的不确定性。

国际上关于严重事故燃料熔化和烛化的研究，可以追溯到上世纪60年代，核电工业刚刚兴起的时候。但是由于当时在使用核电的国家中，并不需要进行相关研究就可以取得核电执照，所以相关的研究并没有取得太大的进展。直到70年代末，美国发生三哩岛事故，给严重事故燃料熔化和烛化研究提供了直接的经验和丰富的素材。随后，德国进行了CORA实验的研究，法国CEA进行了PHEBUS实验的研究，积累了丰富经验。而在程序开发方面，包括MELCOR，MAAP，SCDAP/RELAP5等都吸收并包含了国际上堆芯熔融物材料的熔化和烛化研究的模型和成果。