针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法及装置
本申请涉及热管固态堆的瞬态计算技术领域，尤其涉及一种针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法和计算机设备。
背景技术：
不同于常规压水反应堆，热管固态堆内存在着中子输运、堆芯传热、燃料热膨胀三个典型物理过程。针对热管固态堆的瞬态计算，现有方案大多是基于单通道模型、多通道模型或集总参数模型的简化建模方法，同时忽略了热管堆中存在的诸如接触传热、堆芯漏热、热管功率反应性反馈等重要过程，仅能实现对热管固态堆的初步耦合计算。热管在堆内的分散布置决定了燃料温度的空间分布特点，采用基于单通道模型、多通道模型或集总参数模型的建模方法虽然能够有效降低建模难度，但无法得到真实的燃料温度分布及峰值温度变化。同时，热管吸热功率的变化，会改变管内碱金属工质的宏观分布，从而向反应堆中引入反应性反馈，忽略该效应将会导致计算得到的堆功率变化偏离实际较远，无法实现对反应堆动态响应的真实模拟。另外，固态堆芯设计会使材料热膨胀引起的接触换热变得重要，材料间传热模型的转变能够实现热量的更加高效传递。现有的技术方案中几乎并未考虑这些重要过程，计算结果也就无法真实的反映热管堆在瞬态过程及事故工况下的响应特性。
技术实现要素：
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法，解决了现有方法采用基于单通道模型、多通道模型或集总参数模型的简化建模方法，无法得到真实的燃料温度分布及峰值温度变化的技术问题，同时解决了现有方法因忽略热管堆中存在的诸如接触传热、堆芯漏热、热管功率反应性反馈等重要过程，导致计算结果无法真实的反映热管堆在瞬态过程及事故工况下的响应特性。本申请通过对堆芯、热管、反射层等重要结构的准确建模，并仔细考虑了热管堆内存在的燃料传热、热管吸热、堆芯漏热、燃料膨胀、膨胀反应堆反馈、功率反应性反馈等重要过程，从而实现对热管固态堆瞬态行为的精细模拟。
本申请的第二个目的在于提出一种计算机设备。
本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法，包括：以openfoam程序为平台，将反应性反馈模型、点堆动力学模型、热管瞬态计算模型、接触换热模型、堆芯漏热模型进行模块化设计，通过不同模块间的调用与迭代实现对热管固态堆的多耦合物理计算，其中，不同模块间的调用与迭代包括以下步骤：
将当前反应堆的温度分布和热管吸热功率作为输入数据输入反应性反馈模型进行反应性反馈计算，得到当前时刻的总反应性；
调用点堆动力学模型，根据总反应性得出功率时间变化函数；
根据rmc计算得到功率空间分布函数，根据功率空间分布函数和功率时间变化函数更新当前功率描述函数，得到更新后的功率描述函数；
使用更新后的功率描述函数确定当前时刻下的堆芯功率分布，并调用热管瞬态计算模型对堆芯进行传热耦合计算，得到堆芯温度分布，将堆芯温度分布带入包含热膨胀的形变方程中，计算得到堆芯热膨胀计算结果；
根据堆芯热膨胀计算结果判断堆芯与反射层是否接触，若发生接触，调用接触换热模型进行堆芯与反射层间的传热计算，得到对应的接触换热系数，并以接触换热系数为基础，，结合堆芯外表面温度、反射层内表面温度，更新堆芯与反射层间的传热量；；
将堆芯与反射层间的传热量作为输入数据输入堆芯漏热模型进行反射层漏热计算，从而确定堆芯-反射层-环境间漏热量；
循环进行不同模块间的调用与迭代，直至两次迭代的计算域峰值温度相对偏差小于1e-5。
可选地，在本申请的一个实施例中，反应性反馈计算，具体表示为：
ρ(t)＝ρ0+ρext+ρd+ρf+ρh1+ρh2+ρs
ρh2＝αh2[q(t)-q(0)]，ρs＝αs[tm(t)-tm(0)]
其中，ρ0为初始反应性，ρext为外部引入反应性，ρd为燃料多普勒反馈反应性，ρf为形变反馈反应性，ρh1为热管温度反馈反应性，ρh2为热管功率反馈反应性，ρs为结构材料温度反馈反应性，αd、αf、
可选地，在本申请的一个实施例中，点堆动力学模型包括点堆动力学方程组，点堆动力学方程组表示为：
其中，ρ为总反应性，β为缓发中子有效份额，λ为瞬发中子平均代时间，λi为每组缓发中子先驱核衰变常数，ci每组缓发中子先驱核密度，βi为每组缓发中子有效份额。
可选地，在本申请的一个实施例中，根据功率空间分布函数和功率时间变化函数更新当前功率描述函数，表示为：
p(r,t)＝k(r)×p(t)
其中，p(t)为功率时间变化函数，k(r)为功率空间分布函数，r为空间坐标，t为时间。
可选地，在本申请的一个实施例中，热管瞬态计算模型包括自扩散模型、平面前锋模型、网络热阻模型，将热管启动分为3个阶段，根据阶段的不同调用不同的热管瞬态计算模型对堆芯进行传热耦合计算，其中，不同阶段的判断，采用kundsen数进行判断，kundsen数表示为：
其中，λ为蒸汽分子的平均自由程计算公式，
当kn≥0.01时，调用热管瞬态计算模型中的自扩散模型；
当kn<0.01且热管未完全启动时，调用热管瞬态计算模型中的平面前锋热管模型；
当kn<0.01且热管完全启动时，调用热管瞬态计算模型中的网络热阻模型。
可选地，在本申请的一个实施例中，堆芯与反射层间的传热计算，表示为：
其中，hi为材料硬度，ki为热导率，σi为表面粗糙度，mi为表面粗糙峰斜率，p为接触压力，db为维氏显微硬度关系式系数，hc为接触换热系数，hb为材料等效硬度，h1为材料1硬度，h2为材料2硬度，k1为材料1热导率，k2为材料2热导率，ks为等效热导率，σ1为材料1表面粗糙度，σ2为材料2表面粗糙度，m1为材料1表面粗糙峰斜度，m2为材料2表面粗糙峰斜率。
可选地，在本申请的一个实施例中，根据堆芯热膨胀计算结果判断堆芯与反射层是否接触，若未发生接触，堆芯与反射层通过辐射换热或间隙导热方式实现热量传递，采用对应几何条件下的稳态辐射换热公式与稳态热传导公式进行传热计算。
可选地，在本申请的一个实施例中，反射层漏热计算，表示为：
其中，ρ为反射层材料密度，cp为反射层材料比热容，k为材料热导率,q为反射层体积热源，t为材料温度，反射层内表面使用间隙传热或接触换热计算得到堆芯与反射层间的热流量，外表面则根据反应堆实际采用对流换热边界或辐射换热边界。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法。
为了实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由处理器被执行时，能够执行针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法。
本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法、计算机设备和非临时性计算机可读存储介质，基于自主研发的反应堆蒙卡程序rmc与开源cfd程序openfoam，通过对堆芯、热管、反射层等重要结构的准确建模，仔细考虑热管堆内存在的燃料传热、热管吸热、堆芯漏热、燃料膨胀、膨胀反应堆反馈、功率反应性反馈等重要过程，实现对热管固态堆瞬态行为的精细模拟，从而解决了对热管固态堆堆芯“核-热-力”过程的精准耦合计算难题，能够实现对热管固态堆的瞬态计算及事故分析，并可作为热管固态堆堆芯设计的有效工具。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例一所提供的一种针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算中的功率分布更新图；
图3为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的不同热管吸热功率下的工质分布变化图；
图4为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的材料受热膨胀的接触传热过程图；
图5为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的耦合方法总体计算流程图；
图6为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆rmc模型图；
图7为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆堆芯openfoam模型图；
图8为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆实验结果图；
图9为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的耦合方法计算结果图；
图10为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的“核-热-力”耦合总体计算框图；
图11为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的openfoam“热-力”耦合计算框图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法。
图1为本申请实施例一所提供的一种针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的流程示意图。
如图1所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法包括：以openfoam程序为平台，将反应性反馈模型、点堆动力学模型、热管瞬态计算模型、接触换热模型、堆芯漏热模型进行模块化设计，通过不同模块间的调用与迭代实现对热管固态堆的多耦合物理计算，其中，不同模块间的调用与迭代包括以下步骤：
步骤101，将当前反应堆的温度分布和热管吸热功率作为输入数据输入反应性反馈模型进行反应性反馈计算，得到当前时刻的总反应性；
步骤102，调用点堆动力学模型，根据总反应性得出功率时间变化函数；
步骤103，根据rmc计算得到功率空间分布函数，根据功率空间分布函数和功率时间变化函数更新当前功率描述函数，得到更新后的功率描述函数；
步骤104，使用更新后的功率描述函数确定当前时刻下的堆芯功率分步，并调用热管瞬态计算模型对堆芯进行传热耦合计算，得到堆芯温度分布，将堆芯温度分布带入包含热膨胀的形变方程中，计算得到堆芯热膨胀计算结果；
步骤105，根据堆芯热膨胀计算结果判断堆芯与反射层是否接触，若发生接触，调用接触换热模型进行堆芯与反射层间的传热计算，得到对应的接触换热系数，并以接触换热系数为基础，结合堆芯外表面温度、反射层内表面温度，更新堆芯与反射层间的传热量；
步骤106，将堆芯与反射层间的传热量作为输入数据输入堆芯漏热模型进行反射层漏热计算，从而确定堆芯-反射层-环境间漏热量；
步骤107，循环进行不同模块间的调用与迭代，直至两次迭代的计算域峰值温度相对偏差小于1e-5。
本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法，包括：以openfoam程序为平台，将反应性反馈模型、点堆动力学模型、热管瞬态计算模型、接触换热模型、堆芯漏热模型进行模块化设计，通过不同模块间的调用与迭代实现对热管固态堆的多耦合物理计算，其中，不同模块间的调用与迭代包括以下步骤：将当前反应堆的温度分布和热管吸热功率作为输入数据输入反应性反馈模型进行反应性反馈计算，得到当前时刻的总反应性；调用点堆动力学模型，根据总反应性得出功率时间变化函数；根据rmc计算得到功率空间分布函数，根据功率空间分布函数和功率时间变化函数更新当前功率描述函数，得到更新后的功率描述函数；使用更新后的功率描述函数确定当前时刻下的堆芯功率分步，并调用热管瞬态计算模型对堆芯进行传热耦合计算，得到堆芯温度分布，将堆芯温度分布带入包含热膨胀的形变方程中，计算得到堆芯热膨胀计算结果；根据热膨胀计算结果判断堆芯与反射层是否接触，若发生接触，调用接触换热模型进行堆芯与反射层间的传热计算，得到对应的接触换热系数，并以接触换热系数为基础，结合堆芯外表面温度、反射层内表面温度，更新堆芯与反射层间的传热量；将堆芯与反射层间的传热量作为输入数据输入堆芯漏热模型进行反射层漏热计算，从而确定堆芯-反射层-环境间漏热量；循环进行不同模块间的调用与迭代，直至两次迭代的峰值温度相对偏差小于1e-5。由此，本申请能够解决现有方法采用基于单通道模型、多通道模型或集总参数模型的简化建模方法，无法得到真实的燃料温度分布及峰值温度变化的技术问题，同时解决了现有方法因忽略热管堆中存在的诸如接触传热、堆芯漏热、热管功率反应性反馈等重要过程，导致计算结果无法真实的反映热管堆在瞬态过程及事故工况下的响应特性。同时，本申请通过对堆芯、热管、反射层等重要结构的准确建模，并仔细考虑了热管堆内存在的燃料传热、热管吸热、堆芯漏热、燃料膨胀、膨胀反应堆反馈、功率反应性反馈等重要过程，从而实现对热管固态堆瞬态行为的精细模拟。
进一步地，在本申请实施例中，反应性反馈计算，具体表示为：
ρ(t)＝ρ0+ρext+ρd+ρf+ρh1+ρh2+ρs
ρh2＝αh2[q(t)-q(0)]，ρs＝αs[tm(t)-tm(0)]
其中，ρ0为初始反应性，ρext为外部引入反应性，ρd为燃料多普勒反馈反应性，ρf为形变反馈反应性，ρh1为热管温度反馈反应性，ρh2为热管功率反馈反应性，ρs为结构材料温度反馈反应性，αd、αf、
热管固态堆的独特设计，消除了压水堆中存在的慢化剂温度反馈与空泡效应。但存在燃料形变反应性反馈、热管温度反应性反馈及热管功率反应性反馈。
反应性反馈系数如αd、αh1与αs均可通过在蒙卡程序rmc中修改对应材料温度或使用温度微扰计算得到。对于αf，通过以下步骤计算得到：选择体平均温度作为燃料的特征温度，并使用openfoam计算在不同温度下的燃料膨胀；统计各表面的面平均形变，并将其视为实际的表面形变；根据表面变形，更新燃料密度；根据面平均形变及燃料密度，更新rmc模型输入文件；使用rmc计算不同情况下的keff，根据计算的结果，得到形变反应性反馈系数αf。
虽然单根热管的反应性反馈并不明显，但堆芯内往往存在多根热管，需要考虑该反应性反馈过程。对于αh2的计算，可通过以下步骤实现：使用经验公式计算该热管的极限传热功率。该极限传热功率下，吸液芯气液界面曲率半径即为毛细半径；认为热管吸热功率与气液界面凹陷程度为线性关系，确定不同吸热功率下的气液界面半径；rmc模型中，将吸液芯复杂结构进行均匀等效化处理，通过修改对应界面参数实现对吸液芯内工质变化的描述；使用rmc计算得到不同吸液芯厚度下的keff，以此获得热管功率反应性反馈系数αh2。
进一步地，在本申请实施例中，点堆动力学模型为点堆动力学方程组，点堆动力学方程组表示为：
其中，ρ为总反应性，β为缓发中子有效份额，λ为瞬发中子平均代时间，λi为每组缓发中子先驱核衰变常数，ci每组缓发中子先驱核密度，βi为每组缓发中子有效份额。
对于反应堆停堆衰变热计算，是直接通过使用rmc对应热管堆的中子通量为零的燃耗方程，结合衰变常数与衰变释热量，即可得到不同时刻下堆芯衰变总功率，再使用插值算法获得衰变功率随时间的变化曲线。
进一步地，在本申请实施例中，根据功率空间分布函数和功率时间变化函数更新当前功率描述函数，表示为：
p(r,t)＝k(r)×p(t)
其中，p(t)为功率时间变化函数，k(r)为功率空间分布函数，r为空间坐标，t为时间，p(r,t)为功率描述函数，表示功率与空间、时间上的关系，因此，可直接根据更新后的功率描述函数，确定当前时刻下的堆芯功率分布，并使用更新后的堆芯功率分布进行堆芯传热计算。
在该耦合方法中，将堆芯裂变功率描述函数p(r,t)分解为空间变量k(r)与时间变量p(t)的乘积形式，使用rmc计算得到功率空间分布函数k(r)，通过对包含6组缓发中子先驱核的点堆动力学方程组求解得到功率时间变化函数p(t)。
进一步地，在本申请实施例中，高温热管启动过程可分为3个阶段，每个阶段选择不同热管模型进行热管瞬态行为模拟。采用的模型分别为：自扩散模型、平面前锋模型、网络热阻模型。其中，自扩散模型用于热管启动初期的瞬态模拟，平面前锋模型用于热管启动过渡阶段，网络热阻模型用于热管启动成功后的瞬态模拟，因为堆芯的热量是由热管导出，调用热管瞬态计算模型实际上是执行的热管-堆芯之间的耦合计算，通过求解导热微分方程确定堆芯温度分布，热管瞬态计算模型包括自扩散模型、平面前锋模型、网络热阻模型，将热管启动分为3个阶段，根据阶段的不同调用不同的热管瞬态计算模型对堆芯进行传热耦合计算，进行传热耦合计算的意思是对堆芯、热管进行传热计算，由于堆芯与热管之间是直接接触相互影响的，因此需要在堆芯传热计算、热管传热计算之间进行迭代，直至收敛，
其中，不同阶段的判断，采用kundsen数进行判断，kundsen数表示为：
其中，λ为蒸汽分子的平均自由程计算公式，
当kn≥0.01时，调用热管瞬态计算模型中的自扩散模型；
当kn<0.01且热管未完全启动时，调用热管瞬态计算模型中的平面前锋热管模型；
当kn<0.01且热管完全启动时，调用热管瞬态计算模型中的网络热阻模型。
热管固态堆系统采用碱金属热管为导热部件。这类热管在启动和瞬态运行过程中存在着复杂的物理过程，如工质的熔化和凝固、蒸汽流动、汽液界面的蒸发和冷凝等。热管计算模型中，将热管运行分为3阶段，每个阶段使用不同的模型进行分析，具体包括：自扩散模型、平面前锋模型、网络热阻模型。自扩散模型用于蒸汽腔内没有蒸汽产生或处于稀薄气流动阶段；平面前锋模型用于蒸汽腔内开始产生连续蒸汽的流动阶段；网络热阻模型则是应用于蒸汽腔内的蒸汽完全达到连续流动时的阶段。不同阶段的判断，采用knudsen数进行判断。对于稀薄蒸汽的自扩散流动向连续流动的转变，采用判断准则kn≤0.01进行区别。
自扩散模型组成包括：导热微分方程及自扩散方程组，方程如下所示：
导热微分方程：
其中，ρ为材料密度，c为材料比热容，λ为材料热导率，t为材料温度，t为时间。
自扩散方程组包括质量自扩散方程与能量自扩散方程：
质量自扩散方程：
能量自扩散方程：
其中，dv为蒸汽自扩散系数，gr为径向方向自扩散质量流量，gz为轴向方向自扩散质量流量，r为径向坐标，z为轴向坐标。
平面前锋方程除包含导热微分方程外，还包含流体连续性方程、n-s方程与流体能量方程：
连续性方程：
轴向n-s方程：
径向n-s方程：
能量方程：
其中，v为径向速度，w为径向速度，μ为蒸汽粘度，p为蒸汽压力，φ为能量源项。
网络热阻模型使用节点方程进行温度计算：
其中，a为节点面积，q为输入/输出能量，i为节点编号。
使用热管吸收堆芯产生的热量是堆芯热量移除的最主要方式，因此在进行堆芯传热计算时，会调用热管瞬态计算模型，进行堆芯及热管传热计算。根据更新后的堆芯温度，确定堆芯热膨胀量。
进一步地，在本申请实施例中，堆芯与反射层间的传热计算，表示为：
其中，hi为材料硬度，ki为热导率，σi为表面粗糙度，mi为表面粗糙峰斜率，p为接触压力，db为维氏显微硬度关系式系数，hc为接触换热系数，hb为材料等效硬度，h1为材料1硬度，h2为材料2硬度，k1为材料1热导率，k2为材料2热导率，ks为等效热导率，σ1为材料1表面粗糙度，σ2为材料2表面粗糙度，m1为材料1表面粗糙峰斜度，m2为材料2表面粗糙峰斜率。
固态堆芯属性会使材料受热膨胀引起的接触换热变得重要，材料间的接触换热会有利于热量向另一个材料的传递，并使其温度快速上升。对于接触换热，采用yovanovich等人提出的经验关系式。
以接触换热系数为基础，结合堆芯外表面温度、反射层内表面温度，更新堆芯与反射层间的传热量，要知道堆芯与反射层之间的传热量，一方面需要知道接触换热系数(通过接触换热模型得到)，另一方面还需要知道发生接触的两表面温度(通过传热计算可统计得到)，因此，能够“以接触换热系数为基础，更新堆芯与反射层间的传热量”。
进一步的，在本申请的实施例中，完成热膨胀计算后，即可知道堆芯外表面膨胀后的几何坐标，反射层空间位置是已知的，比较膨胀后堆芯与反射层之间的距离，就可以知道堆芯与反射层之间是否发生接触，堆芯与反射层之间接触与否将会明显改变二者之间的传热情况，为实现准确的耦合计算，需要对堆芯与反射层间是否发生接触进行实时判断，并根据判断结果计算二者间的传热量，若未发生接触，堆芯与反射层通过辐射换热或间隙导热方式实现热量传递，由于间隙往往较小，辐射换热与间隙导热可直接采用对应几何条件下的稳态辐射换热公式与稳态热传导公式进行传热计算。
在表面未发生接触时，将直接使用间隙传热模型进行传热计算。对于热管堆，很可能发生原本未接触的表面由于热膨胀发生“未接触-接触-紧接触”，这个过程会极大改变材料间的传热，因此对于热管堆的多物理耦合，必须考虑接触换热，根据材料实际的接触情况，调用相关模型进行计算。
进一步地，在本申请实施例中，反射层漏热计算，表示为：
其中，ρ为反射层材料密度，cp为反射层材料比热容，k为材料热导率,q为反射层体积热源，t为材料温度，反射层内表面使用间隙传热或接触换热计算得到堆芯与反射层间的热流量，外表面则根据反应堆实际采用对流换热边界或辐射换热边界。
由于热管固态堆的紧凑特性，通过反射层的堆芯热传递将是堆芯热量耗散的重要途径。反射层的热量传递方式为热传导，可直接采用导热微分方程进行温度场计算。
图2为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算中的功率分布更新图。
如图2所示，在该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法中，对于某些功率分布变化明显的工况，如控制棒移动核控制鼓旋转，在瞬态计算时，需要进行rmc与openfoam间的耦合计算，以更新功率空间分布函数k(r)。
图3为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的不同热管吸热功率下的工质分布变化图。
如图3所示，在该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法中，当热管吸收热量减少时，工质蒸发减弱，气液界面曲率半径增大，导致蒸发段内工质的积累，从而向堆内引入反应性反馈。
图4为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的材料受热膨胀的接触传热过程图。
如图4所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的材料间的传热方式为：材料1受热温度逐渐增加，使其不断向外膨胀。未发生接触时，材料间传热方式为热传导或辐射换热。发生相互接触后，传热方式则转变为接触换热。材料间的接触换热会有利于热量向材料2的传递，并使其温度快速上升。
图5为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的耦合方法总体计算流程图。
如图5所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法中的耦合方法的计算流程为：
步骤201：根据此时反应堆的温度分布及热管吸热功率，应用方程ρ(t)＝ρ0+ρext+ρd+ρf+ρh1+ρh2+ρs计算得到该时刻下的总反应性；
步骤202：求解点堆动力学方程组，得到功率时间变化函数p(t)；
步骤203：根据rmc计算得到的功率分布，更新该时刻下的功率描述函数p(r,t)；
步骤204：对堆芯进行传热与热膨胀计算；
步骤205：根据堆芯的热膨胀计算结果，判断堆芯与反射层间是否接触。如果发生了接触，两表面间的传热为接触换热，并使用方程
步骤206：根据堆芯与反射层表面平均温度，计算堆芯与反射层间的热流密度；
步骤207：重复计算步骤204至步骤206，直至两次迭代的峰值温度相对偏差小于1e-5；
步骤208：若瞬态计算完成，进行结果后处理，若瞬态计算未结果，则重复计算步骤201至步骤207。
每次计算结束后，将会统计全部计算域中的峰值温度，如果相邻2次迭代，峰值温度的相对偏差小于1e-5，则认为迭代收敛。
图6为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆rmc模型图。
如图6所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆rmc模型，包括堆芯、反射器、热管、haynes230环、屏蔽层，忽略了斯特林发动机、真空室和压板。
图7为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆堆芯openfoam模型图。
如图7所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆堆芯openfoam模型，只对堆芯进行建模，对于反射器与热管间的传热，使用相应子模块进行耦合。
图8为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的krusty反应堆实验结果图；。
如图8所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法选择典型热管固态堆krusty(kilowattreactorusingstirlingtechnology)进行耦合方法的验证，选择该反应堆的斯特林电机吸收功率下降25％的负载跟踪进行模拟计算，krusty实验中，设置电机降低25％功率，至大约2.02kwt。
图9为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的耦合方法计算结果图。
如图9所示，在该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法中，对于瞬态计算，设置热管吸收功率阶跃下降至该目标值，并始终保持不变，计算结果如图9所示。从计算结果看，反应性变化、功率变化及堆芯平均温度变化均与实验结果符合良好，验证了该耦合方法的计算正确性。
图10为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的“核-热-力”耦合总体计算框图。
如图10所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法是针对热管固态堆“核-热-力”多物理耦合计算的方法研究，采用堆物理蒙卡程序rmc执行中子输运(“核”)计算，并可得到反应堆功率空间分布及反应性反馈系数，采用cfd程序openfoam执行堆芯传热及热膨胀、热管传热、反射层漏热等过程计算。
图11为本申请实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法的openfoam“热-力”耦合计算框图。
如图11所示，该针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法中，对于openfoam模型，分为堆芯传热及热膨胀计算，以及热管传热及反射层漏热。不同计算模块间反复迭代，直至收敛。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的针对热管固态堆的多物理耦合瞬态计算方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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