[发明专利]一种棒束子通道内气液两相流空泡份额分布快速计算方法

说明书

本发明公开了一种棒束子通道内气液两相流空泡份额分布快速计算方法，包括步骤1：对流道横截面划分网格，将流道横截面离散成若干网格区域，根据流道平均轴向流速j_f、预设的空泡份额分布α₁和总粘性μ_T，利用数值求解方法，得到液相的轴向速度分布u：步骤2：根据液相的轴向速度分布u和预设的空泡份额分布α₁，计算湍动能分布TKE；步骤3：根据液相速度分布u、湍动能分布TKE，计算气泡径向不同界面力；步骤4：根据不同界面力相互平衡，确定空泡份额分布α₂；步骤5：判断α₂和α₁之间的差异是否超过阈值ε，若未超过，输出α₂，完成计算；若超过，则对α₁进行修正：并返回步骤1重新计算，直到迭代收敛。

技术领域

本发明涉及核动力系统热工水力安全分析技术领域，特别涉及一种棒束子通道内气液两相流空泡份额分布快速计算方法。

背景技术

核燃料通常以棒束的形式安装在反应堆堆芯。在气液两相流中，棒束子通道内空泡份额呈现复杂的分布模式，对流动传热特性具有显著影响。

目前核能热工水力分析程序(如子通道分析程序)以棒束子通道为最小单元建模，认为在单个子通道内流动参数均匀分布，难以考虑子通道内精细空泡份额分布对流动的影响。气液两相流的空泡份额分布受界面力的主导，在流动充分发展状态下会呈现出确定的分布模式。不同流道的尺寸和几何效应会影响流道内流速分布以及湍动能分布，影响气泡界面力，进而影响空泡份额的分布模式。

虽然传统计算流体力学(CFD)方法可以实现基于气泡界面力平衡以预测棒束子通道内两相流相分布，但是该方法计算量大，计算时间长，无法满足核动力系统安全分析程序快速计算的要求。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种棒束子通道内气液两相流空泡份额分布快速计算方法，为一维核能安全分析程序提供子通道内精细的空泡份额分布信息。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种棒束子通道内气液两相流空泡份额分布快速计算方法，包括以下步骤：

步骤1：对流道横截面划分网格，将流道横截面离散成若干网格区域，根据流道平均轴向流速j_f、预设的空泡份额分布α₁和总粘性μ_T，利用数值求解方法，求解下列微分方程，得到液相的轴向速度分布u：

上式的边界条件为：

(1)棒束表面为无滑移壁面边界，u＝0m/s；

(2)非棒束边界为对称边界，

式中，ρ为液相密度，g为重力加速度，α₁：为空泡份额，P为压差；

调整压差P，直到计算所得平均液相流速等于流道平均轴向流速j_f；

步骤2：根据液相的轴向速度分布u和预设的空泡份额分布α₁，计算湍动能分布TKE，湍动能包括由于剪切导致的湍动能和气泡导致的湍动能两项；

步骤3：根据液相速度分布u、湍动能分布TKE，计算气泡径向不同界面力，包括气泡升力F_L、壁面润滑力F_W和湍流分散力F_T；

步骤4：根据气泡升力F_L、壁面润滑力F_W和湍流分散力F_T相互平衡，确定空泡份额分布α₂；