二维移动热传导模型和模型建立方法、应用方法与流程

本发明涉及核电技术领域，具体涉及二维移动热传导模型和模型建立方法、应用方法。

背景技术：

再淹没过程是最复杂的两相流动换热过程，在再淹没过程中，堆芯从裸露至再次充满水会经历非常复杂的两相流动换热过程。对于模拟其他瞬态及事故过程，一般只需要考虑燃料棒的径向热传导。但是对于模拟再淹没过程，由于燃料棒轴向温差很大，尤其是骤冷前沿附近的轴向温差，因此在考虑径向热传导的条件下还需要考虑轴向热传导。

目前国际上能够模拟再淹没过程的系统程序例如relap5、cathare、trac等都已经使用二维移动精细热传导模型来计算再淹没过程燃料棒的热传导。但程序中的二维移动精细热传导模型还不够精细，未考虑某些关键因素，例如：氧化层厚度变化对整个热传导过程的影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：模拟再淹没过程的系统中的二维移动精细热传导模型精细度低，未考虑某些关键因素，例如：氧化层厚度变化对整个热传导过程的影响。本发明提供了解决上述问题的二维移动热传导模型和模型建立方法、应用方法。

本发明是为了更加合理的模拟再淹没过程中二维移动精细热传导过程，从而更佳合理的模拟失水事故中再淹没过程骤冷前沿推进以及包壳峰值温度。载有模型的分析模块将被植入系统分析程序中用于自主化核电站失水事故分析，系统分析程序如：arsac。

本发明通过下述技术方案实现：

二维移动热传导模型，所述模型包括网格模块和计算模块；

所述网格模块包括基础网格区域，还包括在再淹没过程中，动态生成的氧化层网格区域；

所述氧化层网格区域对应骤冷前沿的推进位置；

所述计算模块计算用于将再淹没过程中，燃料棒或/和燃料板上的骤冷前沿轴向氧化层厚度变化数据对应载入氧化层网格区域；

所述计算模块还用于计算基础网格和氧化层网格在燃料棒或/和燃料板的壁面与流体换热数据。

进一步地，其中，所述氧化层网格区域包括特殊温度位置，所述特征温度位置为特殊温度对应的轴向位置；

所述特殊温度包括沸腾起始点温度、最大热流密度处所对应的壁面温度和最小膜态沸腾温度；

随着骤冷前沿的推进，所述特殊温度对应的轴向位置变化，所述氧化层网格区域随着变化。

进一步地，还包括设置在模型中的参数读入模块，所述参数读入模块用于读入物性参数，所述物性参数包括氧化层的物性，所述氧化层的物性包括燃料棒的氧化层的物性和燃料板的氧化层的物性；

参数读入模块对应模型中的位置读入所述氧化层的物性。

进一步地，当包壳表面形成氧化层，所述包壳包括燃料棒的包壳和燃料板的包壳，在所述基础网格区域中，朝向包壳的径向方向的最外层叠加一层氧化层网格。

进一步地，所述计算模块采用氧化锆材料的发射率因子计算壁面与流体以及不同燃料棒之间的换热。

二维移动热传导模型的建立方法，包括如下步骤：

对燃料棒的再淹没过程中建立二维坐标系；

s1，在二维坐标系上搭建基础网格；

s2，在对应骤冷前沿的位置动态设置精细网格，同时设置精细网格的时间步长；

s3，对每个时间步长，依据精细网格进行二维热传导方法求解；

其中，所述基础网格对应燃料棒的轴向氧化层厚度，所述基础网格上的一层精细网格对应燃料棒的轴向氧化层厚度变化数据。

建立方法中的精细网格为模型中的氧化层网格区域。

进一步地，还包括在精细网格上加载氧化层物性数据，氧化层物性数据包括热导率、热容随时间的变化数据。

进一步地，所述二维热传导方法求解包括对网格使用adi方法求解二维热传导方程。

在计算最小膜态沸腾温度时需要选用能够反映流体过冷度、包壳材料以及氧化层厚度影响的模型。

关于加载氧化层物性数据的详细解释：

在再淹没分析程序的物性参数读入模块中设置氧化层物性，其中包括：热导率以及热容随时间的变化；

在再淹没过程中，使用比较保守的包壳氧化模型，例如：baker-just模型，计算不同轴向位置氧化层厚度的变化；

在计算过程中，如果包壳表面形成氧化层，则径向区域最外层的网格基础上叠加一层氧化层网格，并且使用适用于氧化锆材料的发射率因子计算壁面与流体以及不同燃料棒之间的换热。

二维移动热传导模型的应用方法，将模型应用于系统分析程序arsac进行核电站失水事故分析。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明计入氧化层厚度变化对整个热传导过程的影响，更加合理的模拟再淹没过程中二维移动精细热传导过程，从而更佳合理的模拟失水事故中再淹没过程骤冷前沿推进以及包壳峰值温度。

本发明的应用方法优化后的arsac程序能够更加精确的模拟再淹没过程包壳峰值温度和骤冷前沿推进速率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

二维移动热传导模型，所述模型包括网格模块和计算模块；

所述网格模块包括基础网格区域，还包括在再淹没过程中，动态生成的氧化层网格区域；

所述氧化层网格区域对应骤冷前沿的推进位置；

所述计算模块计算用于将再淹没过程中，燃料棒或/和燃料板上的骤冷前沿轴向氧化层厚度变化数据对应载入氧化层网格区域；

所述计算模块还用于计算基础网格和氧化层网格在燃料棒或/和燃料板的壁面与流体换热数据。

进一步地，其中，所述氧化层网格区域包括特殊温度位置，所述特征温度位置为特殊温度对应的轴向位置；

所述特殊温度包括沸腾起始点温度、最大热流密度处所对应的壁面温度和最小膜态沸腾温度；

随着骤冷前沿的推进，所述特殊温度对应的轴向位置变化，所述氧化层网格区域随着变化。

进一步地，还包括设置在模型中的参数读入模块，所述参数读入模块用于读入物性参数，所述物性参数包括氧化层的物性，所述氧化层的物性包括燃料棒的氧化层的物性和燃料板的氧化层的物性；

参数读入模块对应模型中的位置读入所述氧化层的物性。

进一步地，当包壳表面形成氧化层，所述包壳包括燃料棒的包壳和燃料板的包壳，在所述基础网格区域中，朝向包壳的径向方向的最外层叠加一层氧化层网格。

进一步地，所述计算模块采用氧化锆材料的发射率因子计算壁面与流体以及不同燃料棒之间的换热。

二维移动热传导模型的建立方法，包括如下步骤：

对燃料棒的再淹没过程中建立二维坐标系；

s1，在二维坐标系上搭建基础网格；

s2，在对应骤冷前沿的位置动态设置精细网格，同时设置精细网格的时间步长，对于精细网格区域，轴向网格化分按照需要精细化，例如：划分为32段、64段等；

s3，对每个时间步长，依据精细网格进行二维热传导方法求解，对于每个时间步长，结合氧化层厚度的变化以及精细网格区域的变化，不断更新二维网格的划分，因此对于每一个时间步长，二维精细网格图是有很大差异的；

建立方法中的精细网格为模型中的氧化层网格区域。

其中，所述基础网格对应燃料棒的轴向氧化层厚度，所述基础网格上的一层精细网格对应燃料棒的轴向氧化层厚度变化数据。

进一步地，还包括在精细网格上加载氧化层物性数据，氧化层物性数据包括热导率、热容随时间的变化数据。

进一步地，所述二维热传导方法求解包括对网格使用adi方法求解二维热传导方程。

在计算最小膜态沸腾温度时需要选用能够反映流体过冷度、包壳材料以及氧化层厚度影响的模型。

关于加载氧化层物性数据的详细解释：

在再淹没分析程序的物性参数读入模块中设置氧化层物性，其中包括：热导率以及热容随时间的变化；

在再淹没过程中，使用比较保守的包壳氧化模型，例如：baker-just模型，计算不同轴向位置氧化层厚度的变化；

在计算过程中，如果包壳表面形成氧化层，则径向区域最外层的网格基础上叠加一层氧化层网格，并且使用适用于氧化锆材料的发射率因子计算壁面与流体以及不同燃料棒之间的换热。

二维移动热传导模型的应用方法，将模型应用于系统分析程序arsac进行核电站失水事故分析。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。