(19)中华 人民共和国 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 202111661576.9 (22)申请日 2021.12.3 0 (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 陈思远　王成龙　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 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种小型模块化超级安全气冷堆物理热工 耦合分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种小型模块化超级安全气 冷堆物理热工耦合分析方法， 步骤如下： 1、 划分 控制体， 输入小型模块化超级安全气冷堆的结构 参数和边界条件， 给定不同控制体的群常数， 设 定计算时间和时间步长。 2、 堆芯初始化计算， 得 到零时刻的初始值。 3、 采用PIMPLE算法， 计算得 到当前t时刻的堆芯功率 分布、 流场、 温度场和压 力场。 4、 在求解每个方程前， 计算初始残差， 若小 于用户设定的公差， 则方程不进行求解。 当所有 方程的初始残差小于公差时， 采用PIMPLE进行下 一时刻的计算， 直到设定的总计算时间， 计算停 止。 本发明可以快速分析小型模块化超级安全气 冷堆堆芯的稳态热工水力特性及事故工况下的 瞬态响应特性， 为气冷堆的设计及安全特性分析 提供建议与指导。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 114330169 A 2022.04.12 CN 114330169 A 1.一种小型模块 化超级安全气冷堆物理热工耦合分析 方法， 其特 征在于： 步骤如下： 步骤1： 将小型模块化超级安全气冷堆的堆芯根据不同组件以及不同功能划分为若干 控制体； 输入小型模块化超级安全气冷堆的结构几何参数和边界条件， 给定不同控制 体的 群常数， 设定计算时间和时间步长； 步骤2： 根据小型模块化超级安全气冷堆的结构几何参数和边界条件， 进行堆芯的稳态 初始化计算， 得到堆芯的热功 率以及每个控制体的冷却剂质量流量、 温度和压力， 作为零时 刻的初始值； 步骤3： 建立 堆芯的冷却剂热工水力模型、 中子物理模型以及燃料棒 导热模块； 堆芯的冷却剂热工水力模型， 为实现对小型模块化超级安全气冷堆堆芯的快速模拟， 采用多孔介质热工水力模型， 求解氦气在堆芯内的可压缩流动； 多孔介质热工水力模型 的 控制方程如下： 质量守恒方程： 式中： γ——孔隙率 ρ ——冷却剂密度/kg ·m‑3 t——时间/s u——冷却剂流速 /m·s‑1 动量守恒方程： 式中： μT——湍流运动粘度/Pa ·s p——冷却剂压力/Pa pi——冷却剂与亚尺度结构界面间的压力/Pa Fg——重力引起的单位体积阻力/N ·m‑3 Fss——亚尺度结构相互作用引起的 的单位体积阻力/N ·m‑3 能量守恒方程： 式中： e——冷却剂总能量/J ·kg‑1 kT——湍流热导 率/W·(m·K)‑1 Qss——亚尺度结构对流体的导热量/W ·m‑3 假设p＝pi， 并定义 则上三式可简化 为： 质量守恒方程：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114330169 A 2动量守恒方程： 能量守恒方程： 此时， 孔隙率γ的导数仅出现在动量与能量方程中等式右侧的最后一项； 在核工程领 域的应用当中， 孔隙率在多孔介质区域内不发生变化， 因此将其 导数项忽略不计； 动量守恒方程中， Fss代表各控制体对流体的阻力， 与速度成正比； 式中： fD——达西摩擦因数 ——常数项 Dh——水力直径 能量守恒方程中， Qss代表流体与控制体之间的热交换； 式中： AV——流体与亚尺度结构间的单位体积面积/m2·m‑3 h——换热系数/W·m‑2·K‑1 Tss——亚尺度结构温度/T 堆芯的中子物理模型， 采用多群扩散中子动力学方程求解堆芯的裂变功率， 对中子能 量进行分群， 根据控制 体内的中子数守恒原理， 即某 区域内中子通量密度的变化率等于该 区域内中子的产生率减去消失率， 得到如下 的多群扩散中子动力学方程； 其中群数与群常 数由用户指定， 方程 考虑缓发中子和反应性反馈； 多群扩散中子动力学 方程如下： 其中， 源项Sn,i,Sd,j和SS,i分别为： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114330169 A 3