反应堆热工安全设计协同装置、方法、终端、存储介质与流程

1.本发明涉及反应堆热工安全领域，具体涉及一种反应堆热工安全设计协同装置、方法、终端、存储介质。


背景技术：

2.在核反应堆热工安全设计过程中，需要处理大量的、来自不同专业输入数据，采用多个专业计算程序进行计算分析，且在计算分析过程中所产生的数据量大、数据处理方法以及传递过程繁杂，如何高效地管理数据与调度流程，是制约反应堆热工安全设计效率和质量的关键之一。
3.现阶段的大部分热工安全设计协同装置是将多个数据一次性输入，进行整体性的安全判断，不具备拆分功能，不能够根据具体的情况选择适当的协同流程。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是热工安全设计过程中计算分析过程中所产生的数据量大、数据处理方法以及传递过程繁杂，且不具备通用性，目的在于提供一种反应堆热工安全设计协同装置、方法、终端、存储介质，解决了反应堆热工安全分析设计数字化管理问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种反应堆热工安全设计协同装置，包括：
7.热工水力瞬态分析模块，其用于获取事故状态下的系统瞬态特性，并获得系统参数随时间的变化曲线；
8.堆芯热工水力子通道分析模块，其用于确定燃料烧毁份额；
9.燃料元件行为分析模块，其用于获得燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值；
10.所述热工水力瞬态分析模块的信号输出端与所述堆芯热工水力子通道分析模块的信号输入端和燃料元件行为分析模块的信号输入端连接。
11.具体地，所述堆芯热工水力子通道分析模块包括：
12.第一计算模块，其用于获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值；
13.第一判断模块，其用于判断偏离泡核沸腾比值的最小值是否小于预设限值；
14.调整模块，其用于在偏离泡核沸腾比值的最小值小于预设限值时调整焓升因子，并将调整后的焓升因子输入第一计算模块；
15.焓升因子确定模块，其用于在偏离泡核沸腾比值的最小值大于预设限值时，获得满足偏离泡核沸腾比限值准则的焓升因子；
16.燃料统计曲线提取模块，其用于获得燃料统计曲线，并得到焓升因子-燃料烧毁份额曲线；
17.燃料烧毁份额确定模块，其用于根据获得的焓升因子在对应的燃料统计曲线中确定燃料烧毁份额。
18.具体地，所述燃料元件行为分析模块包括：
19.输入模块，用于获得事故过程中每个时间点对应的燃料包壳温度和芯块温度；
20.第二计算模块，其用于获得燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值。
21.一种反应堆热工安全设计协同方法，包括：
22.获取事故状态下的系统瞬态特性，并获得系统参数随时间的变化曲线，并将系统瞬态特性同步输入至堆芯热工水力子通道分析模块和燃料元件行为分析模块；
23.确定燃料烧毁份额；
24.获得燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值；
25.根据燃料烧毁份额和燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值判断是否满足安全限制准则。
26.具体地，所述系统参数包括热功率、堆芯入口温度、稳压器压力、冷却剂体积流量燃料烧毁份额、核功率、冷却剂温度和冷却剂密度。
27.系统瞬态特性的计算方法为：
28.建立系统模型；
29.将系统模型划分为若干节块；
30.求解相应的质量、能量和动量守恒方程、系统瞬态特性计算模型；
31.结合事故的初始条件和边界条件，获得事故状态下的系统瞬态特性。
32.具体地，所述确定燃料烧毁份额的方法包括：
33.获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值；
34.判断偏离泡核沸腾比值的最小值是否小于预设限值，若大于预设限值，则获得满足偏离泡核沸腾比限值准则的焓升因子；
35.若小于预设限值，则调整焓升因子后重新获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值，并判断其最小值是否小于预设限值；
36.获得燃料统计曲线，并得到焓升因子-燃料烧毁份额曲线；
37.根据获得的焓升因子在对应的燃料统计曲线中确定燃料烧毁份额。
38.具体地，所述获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值的方法包括：
39.建立反应堆堆芯三维模型，所述三维模型以反应堆热功率、堆芯入口温度、稳压器压力以及冷却剂体积流量燃料烧毁份额作为输入；
40.获得反应堆堆芯与冷却剂的传热参数，其通过质量和能量守恒方程及传热关系式的求解获得；
41.获得偏离泡核沸腾比值。
42.具体地，所述获得燃料包壳温度以及芯块温度的方法包括：
43.获得事故过程中每个时间点对应的燃料包壳温度和芯块温度；
44.获得燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值，其获得方法为：
45.将反应堆核功率、稳压器压力、冷却剂温度、冷却剂密度以及冷却剂流量作为输入，求解关于燃料的传热方程；
46.获得燃料芯块和包壳的温度分布；
47.得到燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值。
48.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征
在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种反应堆热工安全设计协同方法的步骤。
49.一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，
50.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
51.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理上述的一种反应堆热工安全设计协同方法的步骤。
52.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
53.本发明通过将热工安全设计中的工作分解为热工水力瞬态分析模块、堆芯热工水力子通道分析模块、燃料元件行为分析模块，并通过数据传输将各个模块之间的信息进行传输，可以根据具体的设计需求选择合适的模块工作，避免处理大量的、来自不同专业输入数据，提升工作效率和质量。
附图说明
54.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
55.图1是根据本发明所述的一种反应堆热工安全设计协同方法的流程图。
56.图2是根据本发明所述的确定燃料烧毁份额的方法的流程图。
57.图3是根据本发明所述的获得燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值的方法的流程图。
具体实施方式
58.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
59.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
60.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
61.卡轴事故一般会导致燃料棒发生偏离泡核沸腾(dnb)，在开展反应堆热工安全分析时，需要计算发生dnb的燃料棒燃料烧毁份额、以及瞬态过程中燃料包壳以及芯块的最高温度，用于判定是否满足相应的限制准则。
62.对于涉及到多个专业计算程序、数据量大、数据处理方法及传递过程复杂的设计分析场景，有必要将其分解为基于标准化流程的任务流，能够让设计者有条理地规划设计流程、管理数据，并在任务流的驱动下完成反应堆热工安全设计工作。因此提出一种基于任务流控制的反应堆热工安全设计协同设计方法及实现过程。
63.实施例一
64.本实施例提供一种反应堆热工安全设计协同装置，包括热工水力瞬态分析模块、堆芯热工水力子通道分析模块和燃料元件行为分析模块。
65.在进行卡轴事故的分析工作中，将整个分析任务分解为三个子任务：(1)计算事故
下系统瞬态特性；(2)确定发生dnb的燃料烧毁份额；(3)计算燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值。
66.本实施例中，将上述三个子任务通过三个模块承载，并在三个模块中获得相应的参数。
67.热工水力瞬态分析模块用于获取事故状态下的系统瞬态特性，并获得系统参数随时间的变化曲线；
68.系统参数包括热功率、堆芯入口温度、稳压器压力、冷却剂体积流量燃料烧毁份额、核功率、冷却剂温度和冷却剂密度等。
69.将获得的系统参数与时间匹配后，生成变化曲线。
70.将热功率、堆芯入口温度、稳压器压力、冷却剂流量燃料烧毁份额等系统参数对应的变化曲线输入堆芯热工水力子通道分析模块，确定燃料烧毁份额；
71.将核功率、稳压器压力、冷却剂温度、冷却剂密度、冷却剂流量燃料烧毁份额等系统参数对应的变化曲线输入燃料元件行为分析模块，获得燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值；
72.热工水力瞬态分析模块的信号输出端与堆芯热工水力子通道分析模块的信号输入端和燃料元件行为分析模块的信号输入端连接，三个模块之间通过信号传输装置进行数据传输。
73.可以将三个模块设置在一个主机内，通过线缆进行数据传输，也可以将三个模块设置在不同的位置，通过无线装置进行数据传输。
74.实施例二
75.本实施例提供基于实施例一的一种反应堆热工安全设计协同方法，包括：
76.热工水力瞬态分析模块获取事故状态下的系统瞬态特性，并获得系统参数随时间的变化曲线，并将系统瞬态特性同步输入至堆芯热工水力子通道分析模块和燃料元件行为分析模块；
77.系统瞬态特性的计算方法为：在热工水力瞬态分析模块中，对系统建立模型并划分为若干节块，通过求解相应的质量、能量和动量守恒方程、以及相关的计算模型，并结合关于事故的初始条件和边界条件，计算得到事故状态下的系统瞬态特性。
78.本实施例中根据系统参数求解相应的质量、能量、能量守恒方程以及相关的计算模型为本领域技术人员常用的计算方法，再次不做赘述。
79.堆芯热工水力子通道分析模块根据输入的相关数据，确定燃料烧毁份额；
80.燃料元件行为分析模块根据输入的相关数据，获得燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值；
81.根据燃料烧毁份额和燃料包壳温度峰值以及芯块温度峰值判断是否满足安全限制准则。
82.安全限制准则根据规定获得，若不满足安全限制规则，则证明此反应堆热工安全设计不合格。
83.实施例三
84.本实施例是对实施例一中的堆芯热工水力子通道分析模块的具体结构包括第一计算模块、第一判断模块、调整模块、焓升因子确定模块、燃料统计曲线提取模块和燃料烧
毁份额确定模块。
85.第一计算模块用于获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值；
86.第一判断模块用于判断偏离泡核沸腾比值的最小值是否小于预设限值；
87.调整模块用于在偏离泡核沸腾比值的最小值小于预设限值时调整焓升因子，并将调整后的焓升因子输入第一计算模块；
88.焓升因子确定模块用于在偏离泡核沸腾比值的最小值大于预设限值时，获得满足偏离泡核沸腾比限值准则的焓升因子；
89.燃料统计曲线提取模块用于获得燃料统计曲线，并得到焓升因子-燃料烧毁份额曲线，其中的燃烧统计曲线为现有参数，提前输入至燃料统计曲线库内，通过燃料统计曲线提取模块提取。
90.燃料烧毁份额确定模块其用于根据获得的焓升因子在对应的燃料统计曲线中确定燃料烧毁份额。
91.可以根据具体的情况确定在一个总模块内执行，或者在多个不同的分模块执行，且模块间的信号传递方式包括：
92.第一计算模块的输出端与第一判断模块的输入端连接，第一判断模块的输出端分别与调整模块和焓升因子确定模块的输入端连接，调整模块的输出端与第一计算模块的输入端连接，焓升因子确定模块的输出端和燃料统计曲线提取模块的输出端均与燃料烧毁份额确定模块的输入端连接。
93.其具体的工作方法为：
94.获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值；获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值的方法包括：
95.将热工瞬态分析模块计算得到的反应堆热功率、堆芯入口温度、稳压器压力以及冷却剂体积流量燃料烧毁份额作为输入，对反应堆堆芯建立三维模型，通过质量和能量守恒方程及传热关系式的求解得到堆芯与冷却剂之间的传热情况，从而得到偏离泡核沸腾比值。
96.判断偏离泡核沸腾比值的最小值是否小于预设限值，若大于预设限值，则获得满足偏离泡核沸腾比限值准则的焓升因子；
97.若小于预设限值，则调整焓升因子后重新获得每个时间点对应的偏离泡核沸腾比值，并判断其最小值是否小于预设限值；
98.获得燃料统计曲线，并得到焓升因子-燃料烧毁份额曲线；
99.根据获得的焓升因子在对应的燃料统计曲线中确定燃料烧毁份额。
100.实施例三
101.本实施例是对实施例一中的燃料元件行为分析模块的具体结构加以说明，燃料元件行为分析模块包括输入模块、第二计算模块。
102.输入模块，用于获得事故过程中每个时间点对应的燃料包壳温度和芯块温度；
103.第二计算模块，用于获得燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值；
104.可以根据具体的情况确定在一个总模块内执行，或者在多个不同的分模块执行，且模块间的信号传递方式包括：
105.输出模块的信号输出端与第二计算模块的信号输入端连接。
106.具体工作方法包括：
107.获得事故过程中每个时间点对应的燃料包壳温度和芯块温度，其方法包括：
108.将热工瞬态分析模块计算得到的反应堆核功率、稳压器压力、冷却剂温度、冷却剂密度以及冷却剂流量作为输入，通过求解关于燃料的传热方程，获得燃料芯块和包壳的温度分布，从而得到燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值。
109.获得燃料包壳温度峰值和芯块温度峰值；
110.在获得实施例二中的燃料烧毁份额和实施例三中的包壳温度峰值和芯块温度峰值后，堆芯热工水力子通道分析模块和燃料元件行为分析模块将其输出至主服务器等设备，并将其与安全限制准则对比。
111.实施例四
112.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种反应堆热工安全设计协同方法的步骤。
113.存储器可用于存储软件程序以及模块,处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块,从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的执行程序等。
114.存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件,闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
115.一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，
116.与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
117.存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理上述的一种反应堆热工安全设计协同方法的步骤。
118.不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令数据结构,程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括ram、rom、eprom、eeprom、闪存或其他固态存储其技术,cd-rom、dvd或其他光学存储﹑磁带盒﹑磁带﹑磁盘存储或其他磁性存储设备。当然,本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器和大容量存储设备可以统称为存储器。
119.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。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/方式或示例。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/方式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/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
120.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。在本技术的描述中，“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。
121.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。