基于RELAP5的压水堆网格节点划分方法与流程

基于relap5的压水堆网格节点划分方法
技术领域
1.本发明涉及核电技术领域，特别涉及基于relap5的压水堆网格节点划分方法。


背景技术：

2.relap程序全称reactor excursion and leak analysis program，该程序是目前物理模型较为完善的大型程序之一，也是全球许多商用水冷堆核电厂安全分析的基础，广泛应用于核电厂的设计及安全审查等方面。该程序可以用来模拟核电站水冷反应堆失水事故、主蒸汽管道破裂事故、蒸汽发生器传热管道断裂事故、主给水丧失事故等。以fortran语言为底层代码，然后代码按照功能分为三个一级件模块以及瞬态稳态计算模块。针对一个完整的算例，要先确定节点划分的方案，因为不同的节点划分会对relap5的计算结果造成一定影响。对于压水堆的下降段部分，现有技术中节点划分一般会产生数量巨大的节点信息数据，手动自主输入过程是很繁琐低效的，降低了整体工作效率。


技术实现要素：

3.针对现有技术中压水堆的下降段节点划分效率较低的问题，本发明提出基于relap5的压水堆网格节点划分方法，通过将下降段周向节点细化，运用商业数学编程软件matlab实现大量节点自动划分，提高节点划分效率。
4.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.基于relap5的压水堆网格节点划分方法，具体包括以下步骤：
6.s1：首先对建模对象进行第一数据收集，然后对建模对象进行节点划分，得到节点信息，节点信息包括管件标号、控制体个数；
7.s2：将步骤s1得到的节点信息导入到relap5的input卡中，形成控制体信息；
8.s3：将步骤s2得到的input卡中的控制体信息添加到relap5系统程序中运行，得出控制体参数随时间的变化数据；
9.s4：将控制体参数随时间的变化数据写入result卡进行显示。
10.优选地，所述s1中，第一数据包括包括几何参数冷管段直径、长度，下降段内外径、高度、热工水力参数温度、压力。
11.优选地，所述s1中，节点划分方法包括：
12.建模对象包括依次连接的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分，即第一部分通过第二部分和第三部分相通连接，第三部分和第四部分连通；
13.第一部分包括n个并联的第一管件，第二部分同样包括n个并联的第二管件，第三部分同样包括n个并联的第三管件；第一管件通过对应的第二管件与第三管件相通，第三管件均与第四部分相通；且每个部分中相邻管件之间采用多接管进行连接构成环形通道。
14.优选地，还包括注水回路：
15.时间控制体tdv的输出端与时间接管tdj的输入端连接，时间接管tdj 的输出端与冷管段的输入端连接，冷管段的输出端与第二部分的第二管件连接；时间控制体tdv给定注
水边界条件，时间接管tdj给定冷管段的注入冷却水流量，冷管段为流通管道。
16.优选地，注水回路的数量为3个，呈45
°‑
135
°
布置。
17.优选地，还包括模拟破坏环路，破坏环路包括触发阀、破坏控制体和破坏时间控制体：
18.第二部件通过冷管段与触发阀的一端连接，触发阀的另一端与破坏控制体的一端连接，破坏控制体的另一端与破坏时间控制体连接；触发阀，用于在0 时刻打开，以模拟双端剪切断裂破口事故；破坏控制体，用于模拟安全壳模拟器；破本实施例中，坏时间控制体为破坏控制体提供背压边界条件。
19.优选地，还包括还包括注汽回路，注汽回路包括注汽时间控制体、注汽控制体：
20.注汽时间控制体的输出端与注汽控制体的输入端连接，注汽控制体的输出端通过冷管段与第四部分的注汽端口连接；注汽时间控制体，用于提供注汽边界条件；注汽控制体，用于模拟堆芯通道截面。
21.优选地，所述s3中，控制体参数随时间的变化数据的计算公式如下：
22.连续性方程：
[0023][0024]
公式(1)中，αk为气液相空泡份额，ρk为气液相密度，vk为气液相速度，a 为截面积；g表示气相，f表示液相，γ表示质量传递项；
[0025]
气相动量守恒：
[0026][0027]
液相动量守恒：
[0028][0029]
公式(2)中，αg、ρg、vg、p、x、b
x
、γg、v
gi
、fig、vf、c、ρm、t、fwg 分别表示气相空泡份额、气相密度、气相速度、压力、间隔距离、在x坐标方向上的力、体积质量交换率、气相界面速度、气相相间阻力系数、液相速度、虚拟质量系数、混合密度、时间、气相壁面阻力系数；
[0030]
公式(3)中，αf、ρf、vf、v
fi
、fif、fwf分别表示液相空泡份额、液相密度、液相速度、液相界面速度、液相相间阻力系数、液相壁面阻力系数。
[0031]
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0032]
1)能够在得到建模对象几何参数、运行参数等条件下，方便快捷得到所需的节点划分结果；
[0033]
2)本发明方法根据计算分析的需要，通过软件matlab进行编程，实现所需要的下
降段节点自动划分，对此软件有一定知识了解的人均可实现，因此方法较为灵活、方便；
[0034]
3)模型独立，方法通用性强，可以适应于不同节点划分方案的计算分析结果。
附图说明：
[0035]
图1为根据本发明示例性实施例的一种基于relap5的压水堆网格节点划分方法流程示意图。
[0036]
图2为根据本发明示例性实施例的节点划分示意图。
具体实施方式
[0037]
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0038]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
如图1所示，本发明提供一种基于relap5的压水堆网格节点划分方法，以典型的压水反应堆上腔室实验台架uptf(upper plenum test facility)的test 6的实验装置中下降段部分建模为例，对本发明作进一步的详细描述，具体包括以下步骤：
[0040]
s1：首先对建模对象(即压水堆下降段部分)进行第一数据收集，第一数据包括包括几何参数冷管段直径、长度，下降段内外径、高度、热工水力参数温度、压力等，然后对建模对象进行整体节点的划分搭建框架，设计出节点图，得到节点信息，节点信息包括管件标号、控制体个数、水力直径等。
[0041]
如图2所示，建模对象包括依次连接的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分，即第一部分通过第二部分和第三部分相通连接，第三部分和第四部分连通。
[0042]
第一部分包括n个并联的第一管件，第一管件可标记为p2xx；第二部分同样包括n个并联的第二管件，第二管件可标记为b1xx；第三部分同样包括n 个并联的第三管件，第三管件可标记为p3xx；第一管件通过对应的第二管件与第三管件相通，第三管件均与第四部分相通；且每个部分中相邻管件之间采用多接管进行连接构成环形通道。
[0043]
还包括注水回路：
[0044]
时间控制体tdv的输出端与时间接管tdj的输入端连接，时间接管tdj 的输出端与冷管段的输入端连接，冷管段的输出端与第二部分的第二管件连接；时间控制体tdv给定注水边界条件，时间接管tdj给定完整环路冷管段的注入冷却水流量，冷管段为流通管道。
[0045]
本实施例中，注水回路优选为3个，根据实验呈45
°‑
135
°
布置方式。
[0046]
还包括模拟破坏环路,破坏环路包括触发阀、破坏控制体和破坏时间控制体：
[0047]
第二部件通过冷管段与触发阀的一端连接，触发阀的另一端与破坏控制体的一端连接，破坏控制体的另一端与破坏时间控制体连接。触发阀，用于在0 时刻打开，以模拟双端剪切断裂破口事故；破坏控制体，用于模拟安全壳模拟器；破本实施例中，坏时间控制体
为破坏控制体提供背压边界条件。
[0048]
本实施例中，还包括注汽回路，注汽回路包括注汽时间控制体、注汽控制体：
[0049]
注汽时间控制体的输出端与注汽控制体的输入端连接，注汽控制体的输出端通过冷管段与第四部分的注汽端口连接。注汽时间控制体，用于提供注汽边界条件，注汽控制体，用于模拟堆芯通道截面。
[0050]
本实施例中，以周向16节点为例：
[0051]
第一部分包括16个并联的第一管件，第一管件分别标记为p211-p226；第二部分包括16个并联的第二管件，第二管件分别标记为b111-b126；第三部分包括16个并联的第三管件，第三管件分别标记为p311-p326；第四部分为模拟下腔室，可标记为p411。第一管件通过对应的第二管件与第三管件相通，例如p211通过b111和p311相通，p212通过b112和p312相通，p226通过b126 和p326相通，p311-p326均与p411连通。
[0052]
注水回路包括第一注水回路、第二注水回路、第三注水回路，呈45
°‑
135
°
布置方式。第一注水回路包括依次连接的第一tdv、第一tdj和第一valve，第一valve与b111连接；第二注水回路包括依次连接的第二tdv、第二tdj 和第二valve，第二valve与b117连接；第三注水回路包括依次连接的第三tdv、第三tdj和第三valve，第三valve与b119连接。
[0053]
破坏环路包括包括触发阀、破坏控制体和破坏时间控制体：
[0054]
第二部件b125通过冷管段与触发阀的一端连接，触发阀的另一端与破坏控制体的一端连接，破坏控制体的另一端与破坏时间控制体连接。
[0055]
本实施例中，每个部分的相邻关键之间采用多接管部件mtpljun来模拟以表征不均匀流动。同时相邻部分采用多接管部件mtpljun连接。例如第一部分的第一管件p211通过多接管部件mtpljun与第二部分的第二管件b111 连接，b111通过多接管部件mtpljun与第三部分的第三管件p311连接。
[0056]
但上述节点划分将会涉及大量的节点数据，如果采用人工手动编程输入，耗时较长而且容易出现错误，所以采用了matlab编程软件使下降段的节点划分实现自动计算编写，具体步骤如下：
[0057]
将管件标号nnn、控制体个数nv、沿着控制体x轴方向的长度lx、沿着控制体x轴方向的流动截面面积areax，垂直方位角vrt_ang，x轴方向的管壁摩擦系数wallx_rough以及水力直径hydiax、y方向流动截面面积areay、y方向水力直径hydiay等参数,并具体输入到编写好的matlab程序中，求解出需要的节点信息。
[0058]
例如：cardno＝[num2str(nnn),'0000']；
[0059]
cardno＝str2num(cardno)；
[0060]
name2＝[name num2str(nnn)]；
[0061]
fprintf(fid,'％i％s％s\n',cardno,name2,'pipe')，其中nnn为管件标号。
[0062]
s2：将步骤s1得到的节点信息导入到relap5-mod3.3的input卡中，进而编写形成完整的input卡，形成控制体信息(包括具体的几何参数、水力学参数等)；即给定管件标号、控制体个数、水力直径等一系列输入信息后，可以输出各类控制体信息，例如：单接管信息输出。
[0063]
cardno＝[num2str(nnn),'0000']；
[0064]
cardno＝str2num(cardno)；
[0065]
name2＝[name num2str(nnn)]；
[0066]
fprintf(fid,'％i％s％s\n',cardno,name2,'sngljun')；
[0067]
cardno＝[num2str(nnn),'0101']；
[0068]
cardno＝str2num(cardno)；
[0069]
fprintf(fid,'％i％i％i％.4f％2.1f％2.1f％s\n',cardno,c omp_from,comp_to,area,f_loss,r_loss,flags)；
[0070]
cardno＝[num2str(nnn),'0110']；
[0071]
cardno＝str2num(cardno)；
[0072]
fprintf(fid,'％i％f％.2f％.4f％.4f\n',cardno,hydia,beta,c,m)； cardno＝[num2str(nnn),'0201']；
[0073]
cardno＝str2num(cardno)；
[0074]
fprintf(fid,'％i％i％2.1f％2.1f％2.1f\n',cardno,1,0.0,0.0,0.0)。
[0075]
s3：将步骤s2得到的input卡添加到relap5系统程序中运行，即根据控制体信息计算相应的连续性方程、气相动量守恒方程和液相动量守恒方程，再利用半隐式或隐式将方程离散(用部分隐式的有限差分方程组代替微分方程组，隐式项可以被表述为在新时刻的线性因变量，可以将方程简化为每个流体控制体积或网格单元的单差分方程)，并根据前期输入的运行参数对控制体求解，得出控制体参数随时间的变化数据，包括压力、流速、流量等随时间的变化数据；具体对应的公式可以从relap5手册查询；即把控制体信息输入到现有 relap5系统程序，即可得到控制体参数随时间的变化数据。
[0076]
连续性方程：
[0077][0078]
公式(1)中，αk为气液相空泡份额，ρk为气液相密度，vk为气液相速度，a 为截面积；g表示气相，f表示液相，γ表示质量传递项。
[0079]
气相动量守恒：
[0080][0081]
液相动量守恒：
[0082][0083]
公式(2)中，αg、ρg、vg、p、x、b
x
、γg、v
gi
、fig、vf、c、ρm、t、fwg 分别表示气相空泡份额、气相密度、气相速度、压力、间隔距离、在x坐标方向上的力、体积质量交换率、气相界面速度、气相相间阻力系数、液相速度、虚拟质量系数、混合密度、时间、气相壁面阻力系数。
[0084]
公式(3)中，αf、ρf、vf、v
fi
、fif、fwf分别表示液相空泡份额、液相密度、液相速度、液
相界面速度、液相相间阻力系数、液相壁面阻力系数。
[0085]
s4：将控制体参数随时间的变化数据写入result卡，用于后续控制体的分析，也可以通过output卡片查找修改，进行程序调试。
[0086]
本实施例中，每次只需要给出需要设置的管件标号及相关几何、热工水力参数等就可以计算输出控制体参数随时间的变化数据，解决了节点划分效率低的问题。
[0087]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。