[发明专利]一种铅铋快堆铅池热分层降阶分析方法

说明书

本发明提出一种铅铋快堆铅池热分层降阶分析方法，包括基于CFD数值模拟技术得到温度场全阶快照；基于全阶快照进行特征正交基的提取，并根据能量贡献率确定基函数的个数；运用Galerkin降阶投影技术得到降阶模型；利用降阶模型进行铅池轴向和径向温度场重构，与全阶快照温度场良好吻合；最后对基函数选取个数进行了敏感性分析，随基函数个数增加降阶模型准确率进一步提升，验证了其数值收敛性。本发明提出的降阶模型能很好地模拟上腔室温度分布，能快速进行铅铋快堆事故下的热分层界面特性研究，此对研究热分层现象产生机理，有效遏制热分层现象产生提供良好参照。

技术领域

本发明属于反应堆复杂热工水力现象领域，具体涉及一种铅铋快堆铅池热分层模型分析方法。

背景技术

热分层(Thermal Stratification,TS)现象对核反应堆系统的安全起着至关重要的作用。铅铋快堆发生事故停堆后，堆芯出口铅铋流量按近似指数关系迅速减少，同时堆芯出口铅铋温度迅速下降。出口腔室中，低温、低速的流体没有足够惯性冲入较高位置与较高位置处的高温铅铋充分搅混，只能进入腔室底部，因而发生热分层现象。出口腔室内热分层现象的发生将使腔室内部结构产生明显的热应力，造成热疲劳机械损坏，同时还将影响停堆后反应堆自然循环的建立，影响余热排出^[1]。所以详细了解热分层现象对快堆的优化设计及安全运行至关重要。

几十年来，人们一直致力于模拟反应堆中的热分层，以防止或减轻这种现象造成的损害。深入研究近年来反应堆中热分层现象的计算模拟方法的研究进展发现这些方法通常可分为三类。第一类是实验方法，搭建实验台架或实验堆进行实验分析热分层等热工水力现象；第二种方法是系统方法，提供快速但近似的计算；第三种方法是计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法，提供高分辨率高精度计算，但计算费用较高、耗时长。因此，当需要进行大量瞬态计算时，具有更高保真度的快速运行降阶热分层模型对于反应堆开发、堆芯安全分析和反应堆许可证发放过程是必不可少的。通过验证，这些模型将被实现到系统级代码中，这样它们可以促进整个系统的快速计算。在系统级代码与CFD代码耦合以进行更精确的计算后，它们可以减少两个代码之间的迭代次数并减少计算时间。

发明内容

针对现有传统铅池热分层分析方法的局限性，本发明提出一种铅铋快堆铅池热分层降阶分析方法，包括建立适当的数学物理模型，基于Fluent数值模拟得到高精度温度场全阶快照，利用时间的快照的温度场时间片段选取；针对全阶快照进行热分层模型的降阶；基于降阶模型进行温度场数据重构。最后得出所开发的降阶模型在计算效率和计算精度的优越性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明提出的一种铅铋快堆铅池热分层降阶分析方法，包括如下步骤：

步骤1、建立铅池热分层数学物理模型；

步骤2、基于计算流体力学(CFD)进行数值模拟求解；

步骤3、基于时间快照的温度场数据选取；

步骤4、针对全阶系统基于伽辽金(Galerkin)投影构建热分层降阶模型；

步骤5、基于降阶模型进行温度场数据重构。

所述步骤1的详细步骤如下：

步骤一：根据理查孙数(Ri)量纲分析的相似性进行结构参数和实验参数的选取。理查孙数表征热分层现象发生的程度，其实际意义在于浮生力与惯性力的比值，即铅铋流体在浮生力相对于流体惯性力起显著作用时，流体会发生热分层现象。Ri可以用格拉晓夫数(Gr)与雷洛数(Re)平方的比值表示，