本發(fā)明涉及核電數(shù)值仿真，尤其涉及一種用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、高溫氣冷堆的堆內構件分為陶瓷堆內構件和金屬堆內構件，其中陶瓷堆內構件由石墨磚、炭磚、榫、方鍵等結構堆砌組合而成，形成堆芯的反射層和絕熱層結構。但由于石墨磚受熱會發(fā)生膨脹，且受到輻照會收縮，因此在安裝堆砌時需要給轉之間預留足夠的縫隙以防止其結構變化產生應力使得磚體結構受到破壞。然而由于這樣的特性使得作為堆芯冷卻劑的氦氣多了旁流的流道，在堆內形成冷卻劑的旁流效應。旁流效應的產生嚴重影響堆芯功率的提升和堆芯燃料球的安全，需要有效的方法進行平均計算，以便更好地掌控反應堆實際運行過程中內部的物理熱工情況。因此建立一個針對高溫氣冷堆旁流分析的方法對于反應堆運行有著重要意義。

2、目前針對高溫堆的旁流評價可采用三維計算流體動力學計算方法進行計算分析，然而由于石墨磚塊間的縫隙與堆芯球床相互連通，氦氣在縱橫交錯的縫隙內聯(lián)通流動，難以明確其流動方向及份額，使得開展三維計算流體動力學計算分析時對旁流數(shù)據(jù)份額的統(tǒng)計十分困難，對球床式高溫氣冷堆的旁流評價帶來巨大的工作量，因此結合具體物理現(xiàn)象建立高效的旁流評價方法，對于高溫堆的運行及發(fā)展有著重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明提供了一種用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法解決球床式高溫氣冷堆中因石墨磚縫隙導致的冷卻劑旁流效應難以精確分析和評價的問題。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法，包括：

5、獲取球床式高溫氣冷堆結構數(shù)據(jù)，根據(jù)所述球床式高溫氣冷堆結構數(shù)據(jù)，建立球床式高溫氣冷堆三維模型；

6、對所述球床式高溫氣冷堆三維模型進行網(wǎng)格劃分后進行數(shù)值模擬分析；

7、對模擬分析得到的結果進行后處理，獲取球床式高溫氣冷堆三維模型的有旁流壓降值；

8、基于理論計算方法獲取無旁流壓降值，根據(jù)所述有旁流壓降值和無旁流壓降值，獲取球床式高溫氣冷堆的旁流值。

9、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：對所述球床式高溫氣冷堆三維模型進行數(shù)值模擬分析包括，

10、利用多孔介質模型確定所述球床式高溫氣冷堆三維模型的相關參數(shù)，并模擬多孔介質的物理特性和對流體流動的干擾；

11、采用rng?k-ε兩方程湍流模型模擬所述球床式高溫氣冷堆三維模型中流體通過多孔介質時的湍流流動特性；

12、根據(jù)所述多孔介質模型和rng?k-ε兩方程湍流模型建立動量方程，求解所述動量方程獲取流體在所述球床式高溫氣冷堆三維模型中的流動特性。

13、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：，rng?k-ε兩方程湍流模型包括，

14、所述rng?k-ε兩方程湍流模型包括湍動能方程和耗散率方程；

15、利用湍動能方程獲取所述球床式高溫氣冷堆三維模型的流體湍流運動中的能量分布和轉換，所述湍動能方程表示為：

16、

17、其中，k為湍動能方程，μe為有效粘度，gk為平均速度梯度，gb為浮升力引起的湍動能產生項，αk為湍動能方程對應的有效普朗特數(shù)，ρ為流體密度，xi和xj為空間位置，μi為流體動力粘度，sk為自定義源項；

18、利用耗散率方程獲取所述球床式高溫氣冷堆三維模型的流體湍流運動中的能量耗散，所述耗散率方程表示為：

19、

20、其中，ε為耗散率方程，μe為有效粘度，gk為平均速度梯度，gb為浮升力引起的湍動能產生項，εk為耗散率方程對應的有效普朗特數(shù)，c1ε、c2ε、c3ε為rng?k-ε兩方程湍流模型常數(shù)，sε為自定義源項。

21、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述多孔介質模型和rng?k-ε兩方程湍流模型建立動量方程包括，

22、將多孔介質流動區(qū)域的固體結構作為附加在流體上的分布阻力，通過在標準動量方程中增加動量方程源項建立所述動量方程；

23、所述動量方程源項包括黏性損失項和慣性損失項，所述動量方程源項表示為：

24、

25、其中，si為動量方程源項，dij為黏性損失項，cij為慣性損失項，α為滲透率，v為多孔介質體積。

26、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：對模擬分析得到的結果進行后處理包括，

27、通過對所述球床式高溫氣冷堆三維模型的球床出入口建立切面，并統(tǒng)計所述球床出入口壓力值，將所述球床出入口壓力值作為球床式高溫氣冷堆三維模型的有旁流壓降值。

28、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：獲取球床式高溫氣冷堆的旁流值包括，

29、根據(jù)所述有旁流壓降值和無旁流壓降值，計算球床式高溫氣冷堆的旁流值，計算表達式為：

30、

31、其中，δp無旁流為無旁流壓降值，δp有旁流為有旁流壓降值。

32、作為本發(fā)明所述的用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：

33、對所述球床式高溫氣冷堆三維模型進行網(wǎng)格劃分包括，

34、網(wǎng)格劃分時，進行局部加密設置，加密方式為狹縫加密。

35、第二方面，本發(fā)明提供了一種用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析的系統(tǒng)，包括，

36、三維模型建立模塊，用于獲取球床式高溫氣冷堆結構數(shù)據(jù)，根據(jù)所述球床式高溫氣冷堆結構數(shù)據(jù)，建立球床式高溫氣冷堆三維模型；

37、網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬模塊，用于對所述球床式高溫氣冷堆三維模型進行網(wǎng)格劃分后進行數(shù)值模擬分析；

38、旁流值獲取模塊，用于對模擬分析得到的結果進行后處理，獲取球床式高溫氣冷堆三維模型的有旁流壓降值；基于理論計算方法獲取無旁流壓降值，根據(jù)所述有旁流壓降值和無旁流壓降值，獲取球床式高溫氣冷堆的旁流值。

39、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算設備，包括：

40、存儲器和處理器；

41、所述存儲器用于存儲計算機可執(zhí)行指令，所述處理器用于執(zhí)行所述計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的步驟。

42、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述用于球床式高溫氣冷堆旁流評價的壓降分析方法的步驟。

43、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供了一種精確且系統(tǒng)的壓降分析方法，通過構建球床式高溫氣冷堆的三維模型并結合計算流體動力學數(shù)值模擬技術，有效模擬了堆內復雜的流動現(xiàn)象，包括多孔介質中的流體流動和湍流特性。通過對比有旁流和無旁流情況下的壓降值，準確計算了旁流比例，為球床式高溫氣冷堆的安全穩(wěn)定運行提供了可靠的數(shù)值參考，優(yōu)化了堆內流體分布和冷卻效率。