本發(fā)明涉及壓水堆核電廠套管破裂事故分析領(lǐng)域，具體涉及一種堆芯中子探測(cè)器套管破裂事故數(shù)值分析方法。

背景技術(shù)：

1、中子探測(cè)器套管是壓水堆堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)為以l型環(huán)管，一端直接伸入壓水堆燃料組件內(nèi)，另一端直接同外界大氣相連。套管下游共設(shè)置有三組隔離閥門，分別是：手動(dòng)閥、球形止回閥以及電動(dòng)閥，一般來(lái)說(shuō)手動(dòng)閥和電動(dòng)閥門處于常閉狀態(tài)。在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中，操作人員可以打開下游的隔離閥門，將頂端帶有移動(dòng)式微型裂變室的測(cè)量軟管沿套管伸入反應(yīng)堆燃料組件內(nèi)。

2、壓水堆核電廠正常運(yùn)行時(shí)，堆芯流道內(nèi)冷卻劑可能因?yàn)楦窦艿裙潭ㄔO(shè)備產(chǎn)生的擾動(dòng)導(dǎo)致工質(zhì)橫向振動(dòng)，這類振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致中子探測(cè)器在堆內(nèi)的套管與周圍格架磨損，在長(zhǎng)期磨損后，套管管壁可能會(huì)被磨穿導(dǎo)致一回路冷卻劑灌入其中，一般在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，一旦檢測(cè)到套管產(chǎn)生較大磨損，將會(huì)對(duì)套管進(jìn)行堵管操作，防止一回路冷卻劑泄漏進(jìn)入套管。在套管發(fā)生破裂事故后，下游閥門承擔(dān)了隔離一回路冷卻劑和外界大氣環(huán)境的作用，但由于閥門內(nèi)部密封材料采用了聚四氟乙烯等高分子材料，因此當(dāng)套管內(nèi)部溫度場(chǎng)變化超過(guò)非金屬材料承受閾值時(shí)，閥門將會(huì)失去密封性能導(dǎo)致一回路工質(zhì)外泄。

3、目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)套管磨損分布規(guī)律進(jìn)行了深入的研究，對(duì)套管磨損機(jī)理、磨損原因及分布規(guī)律進(jìn)行分析，并對(duì)套管磨損處理準(zhǔn)則提出了優(yōu)化建議。但是在反應(yīng)堆實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中，除了停堆進(jìn)行檢查外，并沒(méi)有在運(yùn)行過(guò)程中可以有效檢查套管磨損情況的手段。因此基于保守性的思想，對(duì)壓水堆反應(yīng)堆套管進(jìn)行數(shù)值建模并模擬破口事故是必要的，而目前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的開展的數(shù)值模擬分析工作進(jìn)展并不多，大多集中在流致振動(dòng)的機(jī)理以及套管易磨損區(qū)域的分析，對(duì)事故工況下套管內(nèi)部流場(chǎng)溫度變化的分析工作以及對(duì)套管下游隔離閥門的安全評(píng)估工作仍有待繼續(xù)深入。

4、本發(fā)明提出了一種基于最佳估算軟件的壓水堆中子探測(cè)器套管破裂事故分析模型開發(fā)方法，該方法可以通過(guò)對(duì)整個(gè)套管建立包含流動(dòng)模型、換熱模型、事故邏輯觸發(fā)信號(hào)的兩流體熱工水力事故分析模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了數(shù)值模擬套管破裂后事故的發(fā)展情況，理論計(jì)算套管破裂后其下游閥門外部流場(chǎng)的溫度變化，檢驗(yàn)下游閥門是否會(huì)在事故工況下失效，本發(fā)明通過(guò)分析套管的幾何結(jié)構(gòu)、換熱邊界以及破裂事故進(jìn)程，提供一種堆芯中子探測(cè)器套管破裂事故數(shù)值分析方法，本發(fā)明對(duì)壓水堆反應(yīng)堆核電廠堆芯測(cè)量系統(tǒng)日常運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)工作安全有重要意義。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)施：

3、一種堆芯中子探測(cè)器套管破裂事故數(shù)值分析方法，步驟如下：

4、步驟1：根據(jù)壓水堆堆芯中子探測(cè)器套管外壁面換熱條件的不同，將中子探測(cè)器套管劃分為三部分分別建模，三部分分別是：壓力容器內(nèi)部分、壓力容器外密封組件前部分以及壓力容器外密封組件后部分；

5、壓力容器內(nèi)部分的套管采用管道部件模擬，管壁使用熱構(gòu)件模擬；外界堆芯流道根據(jù)平均通道假設(shè)思想直接給定：將整個(gè)堆芯看作一個(gè)冷卻劑通道，該通道長(zhǎng)度等于實(shí)際反應(yīng)堆高度，流通面積等于該高度上實(shí)際壓水堆堆芯內(nèi)冷卻劑流道面積，使用時(shí)間相關(guān)控制體和時(shí)間相關(guān)接管給定壓水堆壓力邊界和質(zhì)量流量，并使用含六組緩發(fā)中子的點(diǎn)堆模型，通過(guò)熱構(gòu)件的形式模擬壓水堆燃料棒，用來(lái)給定堆芯流道內(nèi)正確的功率分布；

6、壓力容器外密封組件前部分的套管內(nèi)部空氣與管壁進(jìn)行自然對(duì)流換熱，一回路工質(zhì)與套管外壁以及導(dǎo)向環(huán)管內(nèi)壁進(jìn)行自然對(duì)流換熱，貫穿件內(nèi)的導(dǎo)向環(huán)管外壁與混凝土屏蔽墻進(jìn)行接觸導(dǎo)熱，非貫穿件內(nèi)的導(dǎo)向環(huán)管外壁與外界空氣進(jìn)行自然對(duì)流換熱；該部分套管采用管道部件模擬，管壁使用熱構(gòu)件模擬，導(dǎo)向環(huán)管采用環(huán)形管道部件模擬，導(dǎo)向環(huán)管壁采用熱構(gòu)件模擬，安全殼內(nèi)大氣環(huán)境采用管道部件模擬；混凝土屏蔽墻利用導(dǎo)向環(huán)管在貫穿件內(nèi)的管壁熱構(gòu)件模擬，通過(guò)熱構(gòu)件網(wǎng)絡(luò)徑向間隔和成分區(qū)分管壁和混凝土不同的材料物性和厚度；

7、壓力容器外密封組件后部分的套管采用管道部件模擬，管壁使用熱構(gòu)件模擬，大氣環(huán)境同樣采用管道部件模擬，該部分套管中部設(shè)置有球閥，末端設(shè)置電動(dòng)閥。

8、步驟2：在各部分模型建立完成后，再將各部分模型連接起來(lái)構(gòu)成中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型，同時(shí)設(shè)置各部分的幾何參數(shù)、材料物性、外壁面換熱條件以及熱工水力初始值，為事故工況的開展提供初始條件和邊界條件，

9、工況求解基于核反應(yīng)堆熱工水力計(jì)算方法，其場(chǎng)方程由兩相三大守恒方程組成，需對(duì)八個(gè)一次因變量進(jìn)行求解：空泡份額αg、汽相與液相的速度vg和vf、汽相與液相的比內(nèi)能ug和uf、壓力p、硼密度ρb及不可凝氣體比率xn；

10、需要設(shè)置中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型內(nèi)水力學(xué)部件的控制體流通面積a和控制體長(zhǎng)度x作為幾何參數(shù)，同時(shí)需要給定熱構(gòu)件的熱傳導(dǎo)率λ和熱容cp，以及初始計(jì)算參數(shù)如液相溫度tf、氣相溫度tg、壓力p、液相速度vf、氣相速度vg、壁面溫度tw；

11、步驟3：基于建立的中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行，計(jì)算中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況時(shí)運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)與實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較以驗(yàn)證中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型的準(zhǔn)確性；

12、步驟4：將上個(gè)步驟的穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行結(jié)果作為接下來(lái)瞬態(tài)計(jì)算的初始條件，在瞬態(tài)計(jì)算過(guò)程中，需要在模型參數(shù)保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上觸發(fā)事故，能夠顯著減少模型達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間；

13、步驟5：使用觸發(fā)閥部件模擬破口，按照套管易磨損位置在與格架連接處設(shè)置多個(gè)觸發(fā)閥，觸發(fā)閥一端連接套管，另一端連接堆芯冷卻劑通道，以模擬可能在不同位置產(chǎn)生的破口，同時(shí)在堆芯出口冷卻劑最高溫度處設(shè)置破口以進(jìn)行保守性估計(jì)；在觸發(fā)閥部件中添加壅塞模型，同時(shí)給定破口流動(dòng)能量損失系數(shù)；

14、此外，還需要設(shè)置事故流程中壓水堆的動(dòng)作序列，使用觸發(fā)信號(hào)控制觸發(fā)閥開啟，在壓水堆運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)一段時(shí)間后觸發(fā)閥接收觸發(fā)信號(hào)開啟，表示套管破裂事故發(fā)生；其它非破口閥門常態(tài)下為開，在事故發(fā)生后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，當(dāng)外泄露探頭位置處的控制體水位大于0時(shí)立即關(guān)閉位于套管末端的電動(dòng)閥，一段時(shí)間后開始關(guān)閉位于混凝土墻與密封組件之間的手動(dòng)隔離閥，位于密封組件后的球閥觸發(fā)邏輯為當(dāng)上游控制體水位高于閾值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，或通過(guò)不觸發(fā)對(duì)應(yīng)閥門來(lái)模擬事故工況疊加閥門失效的過(guò)程；

15、步驟6：基于建立的中子探測(cè)器系統(tǒng)套管破裂事故分析模型進(jìn)行事故瞬態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算，在計(jì)算達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，通過(guò)開啟破口閥門模擬事故的產(chǎn)生，并對(duì)破口位置和破口面積進(jìn)行敏感性分析。

16、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于最佳估算軟件的壓水堆中子探測(cè)器套管破裂事故分析模型開發(fā)方法，具備如下優(yōu)點(diǎn)：

17、1、考慮了套管在不同位置的不同換熱條件，溫度分布更準(zhǔn)確，依據(jù)套管外壁面不同換熱條件劃分建模區(qū)域，有效降低了建模難度，并考慮套管在破裂事故中堆芯部分外壁面由于冷卻劑換熱對(duì)下游流道溫度場(chǎng)帶來(lái)的影響；

18、2、采用平均通道思想建立了一回路堆芯流道同套管換熱的模型，較好體現(xiàn)堆芯功率分布的同時(shí)提高計(jì)算效率；

19、3、設(shè)置了不同位置和尺寸的破口模型以對(duì)破口位置和破口面積進(jìn)行敏感性分析，提高結(jié)果可信度；

20、綜上，該方法能夠更加全面、有效、高效地對(duì)套管破裂事故進(jìn)行分析。