(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211137739.8 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 张亚培　张慧芳　葛魁　吴世浩　 田文喜　秋穗正　苏光辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G21D 3/00(2006.01) G21D 3/04(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 非能动安全壳空气冷却系统运行特性分析 方法 (57)摘要 本发明公开了一种非能动安全壳空气冷却 系统运行特性分析方法， 步骤如下： 1、 对钢制安 全壳内部和空气冷却系统初始化； 2、 判断空气冷 却系统是否启动； 3、 利用多节点安全壳分析程序 计算钢制安全壳内部与钢制安全壳内壁面换热； 4、 计算空气冷却系统隔间与钢制安全壳外壁面 换热量及其热工水力状态； 5、 判断是否计算到最 后的隔间， 若是到步骤7， 否则到步骤6； 6、 计算钢 制安全壳外壁面液膜流动， 对下一隔间进行步骤 4计算； 7、 更新各个钢制安全壳壁面温度； 8、 重复 步骤3‑7至指定计算时间。 本方法可以快速计算 非能动安全壳空气冷却系统的运行特性， 对空气 冷却系统设计优化、 提升核反应堆安全性具有重 要意义。 权利要求书5页 说明书11页 附图3页 CN 115497653 A 2022.12.20 CN 115497653 A 1.一种非能动安全壳空气冷却系统运行 特性分析 方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： 初始化钢制安全壳内部和空气冷却系统各隔间温度、 压力、 气体成分以及钢制 安全壳壁 面温度、 液膜的温度和厚度； 步骤2： 基于钢制安全壳内部热工水力状态判断空气冷却系统是否启动， 具体包括如下 内容： 1)当钢制安全壳 内部压力未达 到启动限值， 判定空气冷却系统不启动； 2)当钢制安全壳内部压力达到启动限值， 判定空气冷却系统启动， 开始工作， 并记录压 力达到限值时间点tn， 设定时间步长 Δ τ； 步骤3： 利用多节点安全壳分析程序计算钢制安全壳内部隔间与钢制安全壳内壁面换 热， 具体包括如下内容： 1)基于tn时刻钢制 安全壳内部温度、 压力和气体成分以及tn时刻钢制安全壳壁面温度 计算Δ τ 时间步长内两者之间的换 热量Qin； 2)基于tn时刻钢制安全壳内的热工 水力状态、 质量源项和Δτ 时间步长内钢制安全壳内 部和钢制安全壳内壁面的换热量， 计算该时间步长结束tn+1时刻钢制安全壳内部的温度、 压 力、 气体成分热工水力状态； 步骤4： 计算空气冷却系统隔间与钢制安全壳外壁面换热及其热工水力状态， 具体包括 如下内容： 1)计算空气冷却系统隔间与钢制安全壳外壁 面换热 i.基于tn时刻空气冷却系统隔间气体温度、 钢制安全壳壁面温度和液膜厚度计算Δτ 时 间步长内空气冷却系统隔间气体和钢制安全壳外壁 面之间的辐射换 热量 式中： Qrad——Δτ时间步长内空气冷却系 统隔间气体和钢制安全壳外壁面之间的辐射换热 量； ffilm——液膜修正系数， 若钢制安全壳外壁 面未被液膜 覆盖， 则ffilm＝1， 否则ffilm<1； A——钢制安全壳壁 面面积； σ ——玻尔兹曼常数； Tg——tn时刻空气冷却系统隔间气体温度； Twall——tn时刻钢制安全壳壁 面温度； Eg——空气冷却系统隔间气体发射 率； Ewall——钢制安全壳壁 面发射率； ii.i若钢制安全壳外壁面被液膜覆盖， 则空气冷却系统隔间与钢制安全壳外壁面的对 流换热量Qconv＝0； 基于tn时刻空气冷却系统隔间气体温度、 气体成分和液膜温度及 物性计算Δτ 时间步长 内空气冷却系统隔间和液膜的传热传质： Δ τ 时间步长内空气冷却系统隔间和液膜之间的传质即液膜蒸发量采用下式计算：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115497653 A 2式中： Mevap——Δ τ 时间内液膜蒸发量； HCD——tn时刻液膜蒸发传热系数； Tfilm——tn时刻液膜温度； Δ τ ——时间步长； ΔH——汽化潜热； 蒸发传热系数HCD采用Uchida关系式进行计算： 式中： ρsteam——tn时刻空气冷系统隔间蒸汽密度； ρng——tn时刻空气冷系统隔间不凝性气体密度； Δ τ 时间步长内液膜和空气冷却系统隔间的传热量采用下式计算： Qfilm_RB＝Mevaphevap+Ahconv(Tfilm‑Tg)Δ τ 式中： Qfilm_RB——Δ τ 时间内液膜和空气冷却系统隔间传热量； hevap——tn时刻蒸汽比焓； hconv——液膜‑隔间气体自然对流换 热系数； 因为液膜流速小， 故研 究液膜‑隔间气体自然对流换热问题时将液膜视为固体， hconv采 用如下方法计算： Nu——努塞尔数； L——钢制安全壳壁 面特征尺寸； k——空气冷却系统隔间气体导热系数； 努塞尔数Nu的计算 关系式与流动类 型相关， 流动类 型通过雷诺数Re2和格拉晓夫数Gr的 关系判断： ρg——空气冷却系统隔间气体密度； v——空气冷却系统隔间气体流速； μ——空气冷却系统隔间气体动力粘度； g——重力加速度； ①若Re2＜1.0Gr， 为自然对流， 努塞尔数Nu采用以下关系式：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115497653 A 3