本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計和安全，具體涉及一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、熱管反應(yīng)堆是基于熱管換熱原理提出的一種新型核反應(yīng)堆，其采用固態(tài)堆芯設(shè)計理念，通過導(dǎo)熱的方式將裂變熱量通過基體傳遞到熱管。熱管堆的上述特點決定其無法通過出口溫度和流量等傳統(tǒng)方法進(jìn)行堆芯熱工參數(shù)的監(jiān)測，而是需要對反應(yīng)堆內(nèi)的溫度分布進(jìn)行監(jiān)測，以確保反應(yīng)堆安全運(yùn)行。

2、熱管堆堆芯結(jié)構(gòu)的特點，決定無法在堆內(nèi)布置密集的采樣點進(jìn)行三維溫度分布的直接測量，而只能通過有限的溫度測點反演出整個反應(yīng)堆堆芯的溫度分布。受固體基體的限制，組件內(nèi)局部功率變化對周圍區(qū)域溫度分布的影響有限，為了實現(xiàn)溫度分布的重構(gòu)，需要對組件內(nèi)測點進(jìn)行合理布置，再在此基礎(chǔ)上通過算法重構(gòu)三維分布。目前，針對上述問題尚無有效的解決方案。因此，提出適用于熱管堆固態(tài)堆芯的溫度分布監(jiān)測技術(shù)，開發(fā)針對性的堆芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)，對熱管堆安全運(yùn)行具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，通過溫度測點布置方案設(shè)計結(jié)合在線計算與數(shù)據(jù)反演，實時重構(gòu)三維溫度場分布，實現(xiàn)堆芯溫度分布監(jiān)測。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，包括：堆芯中燃料棒、熱管及熱電偶布置方案和利用熱電偶溫度變化在線監(jiān)測溫度變化所使用的重構(gòu)技術(shù)，具體為：所述的固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯布置六角形燃料組件，六角形燃料組件中燃料棒和熱管采用六角形陣列方式排列，為達(dá)到全組件溫度監(jiān)測的目的，每3根熱管所形成的三角形區(qū)域中心位置布置裝有熱電偶的測量孔道，獲得測量孔道周圍基體局部溫度測量值；為實時監(jiān)測堆芯溫度變化，由核設(shè)計程序在線計算六角形燃料組件平均功率和測量孔道周圍基體平均溫度，結(jié)合基于局部溫度測量數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)得到堆芯的溫度分布。

4、根據(jù)燃料棒、測量孔道、熱管相對位置關(guān)系進(jìn)行分類，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法，對不同相對位置關(guān)系對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行三維溫度場的重構(gòu)。

5、根據(jù)燃料棒、測量孔道、熱管相對位置關(guān)系進(jìn)行分類，具體為：根據(jù)組件的排列方式以及待測點位置特點進(jìn)行分類，共分為四類，分別為：第一類特征溫度點為測量孔道與燃料棒間基體的溫度；第二類特征溫度點為兩根燃料棒間基體的溫度；第三類特征溫度點為燃料棒與熱管間基體溫度；第四類特征溫度點為測量孔道與熱管間基體溫度；針對不同位置的特征溫度點采用不同的數(shù)據(jù)重構(gòu)方法；

6、(1)第一、第二類特征溫度點采用如下方法：

7、計算已知數(shù)據(jù)點任意兩點間距離：

8、

9、其中：xi,xj表示已知數(shù)據(jù)點的橫坐標(biāo)，yi,yj表示已知數(shù)據(jù)點的縱坐標(biāo),dij表示任意兩個數(shù)據(jù)點間的距離；

10、形成距離矩陣，并對該矩陣進(jìn)行如下變換：

11、

12、得到一個新的矩陣j：

13、

14、計算待測數(shù)據(jù)點與已求取的權(quán)重向量ω的值得到第一、第二類特征溫度點值為

15、t(x,y)＝rω＝r·j-1s＝r·j-1·[s1,s2,s3,…,sk]t

16、其中：x,y表示待測數(shù)據(jù)點的橫縱坐標(biāo)；t(x,y)表示第一、第二類特征溫度點值；j為已知數(shù)據(jù)點的距離矩陣；r為待測數(shù)據(jù)點與已知數(shù)據(jù)據(jù)點形成的距離矩陣；ω為權(quán)重向量；s為已知數(shù)據(jù)點溫度值矩陣；s1～sk為已知數(shù)據(jù)點溫度；

17、(2)第三、第四類特征溫度點采用如下方法：

18、ti(xi,yi)＝a1(yi3-3xi2yi)+a2(xi2+yi2)+a3(yi2-xi2)+a4xiyi+a5xi+a6yi+a7

19、其中：a1～a7為方程系數(shù)；xi表示已知數(shù)據(jù)點的橫坐標(biāo)，yi表示已知數(shù)據(jù)點的縱坐標(biāo)；ti(xi,yi)表示已知數(shù)據(jù)點溫度值；

20、代入已知點橫、縱坐標(biāo)(xi，yi),即得到7個方程組，表示為如下形式：

21、

22、為了計算未知數(shù)的系數(shù)，將系數(shù)矩陣求逆，將上式轉(zhuǎn)化為：

23、

24、將待測點的橫縱坐標(biāo)代入，求得待測點的溫度值

25、t(x,y)＝a1(y3-3x2y)+a2(x2+y2)+a3(y2-x2)+a4xy+a5x+a6y+a7

26、其中：x,y表示待測數(shù)據(jù)點的橫縱坐標(biāo)；t(x,y)表示待測數(shù)據(jù)點溫度值。

27、和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點：

28、1.通過本發(fā)明提出的布置方法，可以實現(xiàn)溫度測量孔道中測量

29、信號對熱管堆堆芯溫度信息采集的最大化，使得有限的測量數(shù)據(jù)可以表征熱管堆各個區(qū)域的溫度變化特點；

30、2.通過本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)反演方法，可以達(dá)到基于少數(shù)測量信

31、號高精度預(yù)測堆芯三維溫度分布的目的，解決了傳統(tǒng)方法因熱管堆堆內(nèi)空間有限、測量點少而無法給出足夠精度的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的問題。

技術(shù)特征：

1.一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，其特征在于：包括：堆芯中燃料棒、熱管及熱電偶布置方案和利用熱電偶溫度變化在線監(jiān)測溫度變化所使用的重構(gòu)技術(shù)，具體為：所述的固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯布置六角形燃料組件，六角形燃料組件中燃料棒和熱管采用六角形陣列方式排列，為達(dá)到全組件溫度監(jiān)測的目的，每3根熱管所形成的三角形區(qū)域中心位置布置裝有熱電偶的測量孔道，獲得測量孔道周圍基體局部溫度測量值；為實時監(jiān)測堆芯溫度變化，由核設(shè)計程序在線計算六角形燃料組件平均功率和測量孔道周圍基體平均溫度，結(jié)合基于局部溫度測量數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)得到堆芯的溫度分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，其特征在于：根據(jù)燃料棒、測量孔道、熱管相對位置關(guān)系進(jìn)行分類，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法，對不同相對位置關(guān)系對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行三維溫度場的重構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，其特征在于：根據(jù)燃料棒、測量孔道、熱管相對位置關(guān)系進(jìn)行分類，具體為：根據(jù)組件的排列方式以及待測點位置特點進(jìn)行分類，共分為四類，分別為：第一類特征溫度點為測量孔道與燃料棒間基體的溫度；第二類特征溫度點為兩根燃料棒間基體的溫度；第三類特征溫度點為燃料棒與熱管間基體溫度；第四類特征溫度點為測量孔道與熱管間基體溫度；針對不同位置的特征溫度點采用不同的數(shù)據(jù)重構(gòu)方法；

技術(shù)總結(jié)
一種固態(tài)熱管反應(yīng)堆堆芯溫度分布監(jiān)測方法，該方法包括：燃料組件內(nèi)熱電偶布置方案、利用熱電偶實時獲取的局部溫度數(shù)據(jù)并反演三維溫度分布的方法。組件中燃料棒和熱管采用六角形陣列方式排列，為達(dá)到全組件溫度監(jiān)測的目的，每3根熱管所形成的三角形區(qū)域中心位置布置熱電偶的測量孔道，獲得測量孔道周圍基體局部溫度測量值；基于堆芯在線計算的組件功率獲得基體平均溫度和測量通道溫度，利用三維數(shù)據(jù)反演重構(gòu)獲得反應(yīng)堆內(nèi)的三維溫度分布。本發(fā)明可以用于監(jiān)測堆芯狀態(tài)變化和實施安全保護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭友琦,王釋笛,王夏雨,吳宏春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2