[发明专利]一种压水堆核热耦合的计算方法

权利要求书

1.一种压水堆核热耦合的计算方法，其特征在于，所述仿真方法包括：

步骤S1、建立待分析的压水堆堆芯的中子扩散方程组和热工水利方程组，将所述中子扩散方程组和所述热工水利方程组进行耦合，得到核热耦合方程组；利用扩展节块法对所述中子扩散方程组进行离散化处理，得到第一网格集和，以及利用子通道法对所述热工水利方程组进行离散化处理，得到第二网格集和；建立所述第一网格集和所述第二网格集和之间的映射关系；所述第一网格集和和所述第二网格集和基于对所述压水堆堆芯采用相同的网格划分方式而得到；

根据所述压水堆堆芯的物理场的边界条件和初始条件，初始化所述堆芯的物理场的参数，利用少群截面库初始化包括输运截面、散射截面、吸收截面、裂变截面、中子产生截面等反应截面在内的物理量；

根据下述公式计算初始的时间步长，计算公式如下：

其中，符号Δt表示允许的最大时间步长；符号Δx_i表示单元网格尺寸，单位为m；符号U_i表示单元网格中的最大速度，单位为m/s；符号η表示大于0经验系数；

步骤S2、动态调整预处理矩阵及残差方程组格式，具体包括：

步骤S21、读取相对于待分析时刻的上一时刻的各物理参数，计算出过程参数，将所述过程参数存入计算机内存；

步骤S22、判断所述第一网格集和和所述第二网格集和中各个网格的相态，对于其中的第一任意一个网格，若所述第一任意一个网格为液相，则该网格对应的两相残差方程组退化为液相残差方程组，对应的待解向量中汽相物理量删除；若所述第一任意一个网格为汽相，则该网格对应的两相残差方程组退化为汽相残差方程组，对应的待解向量中液相物理量删除；若所述第一任意一个网格为两相，则两相残差方程组和待解向量不变；遍历所述第一网格集和和所述第二网格集和中所有网格的相态参数，统计待解方程和待解物理量的数目，确定对应的预处理矩阵和残差方程组规模及生成形式；

步骤S3、动态更新预处理矩阵及残差方程组，具体包括：

步骤S31、从内存中读取所述上一时刻的各物理参数及过程参数；

步骤S32、判断所述第一网格集和和所述第二网格集和中各个网格的相态，对于其中的第二任意一个网格，若所述第二任意一个网格为两相，则基于两相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，若所述第二任意一个网格为液相，基于液相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，若所述第二任意一个网格为汽相，基于汽相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，直至完成残差方程组和待解向量；

步骤S4、结合预处理矩阵的JFNK求解核热耦合残差方程组；

步骤S5、判断JFNK求解收敛性并调节仿真步长；

步骤S6、判断仿真过程是否结束。

2.根据权利要求1所述的压水堆核热耦合的计算方法，其特征在于，所述若所述第二任意一个网格为两相，则基于两相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，具体包括：

基于从所述内存中读取出的关于所述上一时刻的包括中子通量密度以及两相的压力、温度、流速、截面含气率在内的物理参数，计算出包括中子流密度、宏观反应截面、总热功率密度以及两相的换热系数、壁面热功率、壁面阻力系数在内的过程参数。

3.根据权利要求1所述的压水堆核热耦合的计算方法，其特征在于，所述若所述第二任意一个网格为液相，基于液相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，具体包括：

基于从所述内存中读取出的关于所述上一时刻的包括中子通量密度以及液相的压力、温度、流速在内的物理参数，计算出包括中子流密度、宏观反应截面、总热功率密度以及液相的换热系数、壁面热功率、壁面阻力系数在内的过程参数。

4.根据权利要求1所述的压水堆核热耦合的计算方法，其特征在于，所述若所述第二任意一个网格为汽相，基于汽相物理参数数据库填写该网格的残差方程组和待解向量，具体包括：

基于从所述内存中读取出的关于所述上一时刻的包括中子通量密度以及汽相的压力、温度、流速在内的物理参数，计算出包括中子流密度、宏观反应截面、总热功率密度以及汽相的换热系数、壁面热功率、壁面阻力系数在内的过程参数。

5.根据权利要求1所述的压水堆核热耦合的计算方法，其特征在于，当相态为两相时，所述核热耦合方程组为：

x＝[Φ,C,Q,P,α_g,u_g,u_l,w_g,w_l,h_g,h_l]^T

其中，f_Φ表示中子通量残差方程组；f_C表示缓发中子浓度残差方程组；f_Q表示裂变能量残差方程组；f_P表示汽相质量残差方程组；表示液相质量残差方程组；表示汽相轴向动量残差方程组；表示液相轴向动量残差方程组；表示汽相横向动量残差方程组；表示液相横向动量残差方程组；表示汽相能量残差方程组；表示液相能量残差方程组；上标n+1为本时间步长的变量值，上标n为上一时间步长的变量值；Δt是时间步长，单位为s；Φ是中子通量密度，单位为cm^-2s^-1；v是中子运动速度，单位为cm/s；C是缓发中子先驱核的密度，单位为cm^-3；J是中子流密度，单位为cm^-2s^-1；a₁、a₂、a₃、a₄是扩展节块法相关系数；λ_d是缓发中子先驱核的衰变常数，单位为t^-1；Σ_f是裂变截面，单位为cm^-1；β、k_eff分别是缓发中子份额和有效增殖因子；E_f是单次裂变产生能量，单位为J；Q是裂变产生能量，单位为W；V是所述网格的体积，单位为m³；A_u、A_w分别是正交于轴向和横向速度的流通面积，单位为m²；ρ_g、ρ_l分别是汽相和液相的密度，单位为kg/m³；α_g、α_l分别是截面含汽率和截面含液率；h_g、h_l分别是汽相和液相的比焓，单位为kJ/kg；u_g、u_l分别是汽相和液相的轴向流速，单位为m/s；w_g、w_l分别是汽相和液相的横向流速，m/s；Γ是液相汽化为汽相的相变质量流量，单位为kg/s；P_J、P_J+1分别是轴向上游和下游网格的压力，单位为Pa；P_ii、P_jj分别是横向上游和下游网格的压力，单位为Pa；τ_wg,u、τ_wl,u分别是轴向汽相和液相的壁面阻力，单位为kg·m/s²；τ_wg,w、τ_wl,w分别是横向汽相和液相的壁面阻力，单位为kg·m/s²；τ_gl是汽液两相间阻力，单位为kg·m/s²；q_g、q_l分别是网格内传递给汽相和液相的总热量，单位为W；n_j表示轴向方向相邻网格总数；n_gap表示横向方向相邻网格总数。