[发明专利]一种物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法及系统，涉及核反应堆堆芯设计技术领域，其技术方案要点是：绘制得到栅元几何；对栅元几何进行自动识别得到多边形网格；以物理程序划分的网格为基础进行物理和热工属性定义处理，得到相应的栅元网格；将多个栅元网格集成处理完成组件和反射层结构构建，得到组件模型；以物理程序建立的组件模型为基础建立热工程序的子通道信息，得到组件栅元模型；将多个组件栅元模型集成处理后，得到全堆芯模型；以特定格式输出全堆芯信息以及物理程序和热工程序的网格间映射关系。本发明能够快速、简便的进行物理程序和热工程序间的网格映射和数据传递，降低了物理计算程序和热工计算程序耦合难度。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计技术领域，更具体地说，它涉及一种物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法及系统。

背景技术

物理程序计算的功率会影响热工程序计算的燃料温度、冷却剂密度、冷却剂温度，而这些热工水力参数又会影响裂变截面，进而影响物理程序计算的功率，物理程序和热工程序的耦合计算能够在细致的空间尺度上模拟两种相互反馈的过程，更准确的预测堆芯的释热、传热与流动，耦合计算有利于缩小安全裕量，支持电站功率的提升及燃料周期的延长。

然而，物理程序和热工计算程序因各自物理与数学模型特点，会在网格尺寸、形状、布置上存在很多的差异，若两类程序所建立的网格形状、网格布置形式、网格密度等均不相同，两类程序的耦合仿真中，程序间的网格映射与数据传递较为困难。物理程序计算的全堆芯网格规模上百万，若采用手工的方式对每个几何描述、网格划分、材料属性设定，输入方式会异常的复杂。

因此，如何研究设计一种快速的物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法及系统是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决全堆芯输运计算几何输入复杂几何的适应性以及用户使用的方便性，降低物理计算程序和热工计算程序耦合难度，本发明的目的是提供一种物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法及系统。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了一种物理热工耦合可视化全堆芯复杂几何建模方法，包括以下步骤：

采用AutoCAD的基础功能对目标形状进行交互绘制，得到栅元几何；

通过网格自动识别算法对栅元几何进行自动识别，得到多边形网格；

对物理程序网格划分和热工程序网格划分保持一致的多边形网格，以物理程序划分的网格为基础进行物理和热工属性定义处理，得到相应的栅元网格；物理属性包括材料类型、材料温度、材料密度；热工属性包括通道类型，若通道为流体通道，则需要定义通量的权重因子、入口流量比、入口温度比、阻力系数属性；

采用模块式建模方法将多个栅元网格集成处理完成组件和反射层结构构建，得到组件模型；

以物理程序建立的组件模型为基础建立热工程序的子通道信息，得到组件栅元模型；通过新建子通道、合并子通道、删除子通道、添加网格、移除网格、按网格生成、按边界生成中的任意组合对子通道进行重新设置以完成修改；

采用模块式建模方法将多个组件栅元模型集成处理后，得到全堆芯模型；

以特定格式输出全堆芯信息以及物理程序和热工程序的网格间映射关系。

进一步的，该建模方法还基于四叉树对栅元几何进行相交线图形预处理，相交线图形预处理的具体过程为：

以栅元几何图形最大包围盒的长方形区域不断四分的方式，将图形中的所有元素插入到对应的四叉树节点中；

对栅元几何图形中的所有几何元素进行两两相交计算并进行图形打断处理，以离散成网格线段；

相交计算时对四叉树节点所在的子树中进行两两求交计算。