堆芯热工水力多尺度耦合计算研究
压水堆核电站堆芯物理／热工水力耦合特性研究
压水堆核电站堆芯物理/热工水力耦合特性研究郑勇，彭敏俊*，夏庚磊，刘新凯【摘要】摘要：采用RELAP5-HD作为堆芯耦合计算程序，以秦山核电二期工程反应堆堆芯为研究对象，建立堆芯活性区的物理/热工水力耦合模型，在此基础上进行了稳态计算和掉棒事故仿真研究。
结果表明，使用RELAP5-HD计算得到的结果与电厂实测值符合较好，获得的掉棒事故参数曲线能准确反映事故工况下的参数变化趋势。
稳态和事故工况的计算结果均符合堆芯物理/热工水力反馈效应的理论分析，证实了所建立的堆芯耦合模型的准确性，为下一步进行核电站系统的仿真分析提供基础。
【期刊名称】原子能科学技术【年(卷),期】2014(000)012【总页数】6【关键词】RELAP5-HD程序；秦山核电二期堆芯；物理/热工水力耦合；掉棒事故反应堆堆芯是一涉及反应堆物理、热工水力等诸多方面的复杂系统。
一方面，堆芯内裂变功率的分布很大程度上决定了热工水力参数的变化。
同时，热工水力参数的分布又会通过慢化剂温度效应和燃料多普勒效应来影响反应性的变化。
RELAP5是研究反应堆热工水力现象的最佳估计系统程序，其早期版本的中子物理计算采用点堆模型，因此为了研究堆芯的某些不对称现象或局部具有强烈物理/热工水力反馈作用[1-3]时，国外学者将RELAP5程序作为热工水力程序通过耦合接口与其他物理程序进行耦合计算来研究反应堆堆芯多物理场耦合现象[4-6]。
RELAP5-3D是RELAP5系列程序的最新版本，取得的最主要进展是引入了三维物理计算程序Nestle和三维水力学部件，具备对堆芯进行三维物理/热工水力耦合计算的能力。
RELAP5-3D程序经美国GSE公司改造，实现了在仿真平台SimExec上运行的目的，最终形成了RELAP5-HD程序。
本文针对秦山核电二期工程堆芯部分进行仿真研究，基于两步法首先利用RELAP5-HD程序建立堆芯活性区的物理/热工水力耦合模型；其次由组件程序HELIOS计算出各类组件在大量工况下的少群截面参数，进行拟合处理后作为RELAP5-HD程序的输入值；最后进行稳态计算和事故工况仿真研究，以验证所建立的耦合模型的准确性。
压水堆重反射层堆芯核热耦合高精度计算分析研究
L*-.540/,:'08&6*59')76385'-)/,:+4-G)/01K/16Z/8*)/.3 ?/9-)'./4042TU$ +45*B/.6 K*'J3$*2)*,.45
=DX :UA8_T8\$KY/LF$KY :UT8RAL>"KY =HA8IUTH /DYTA8IQ28?7KY aHA8\$KY f2H_A8
SCWR堆芯稳态物理-热工水力耦合计算程序系统CASIR的开发
能够描述多种复杂几何形式的方形组件 ，满足组 件选型要求 ； ②能够进行调棒临界． 燃耗计算和换
料计算 ， 满足 Ｓ Ｃ ＷＲ的反应性控制方式和设计要
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ － １ ０ — ２ １ ：修 回 日期 ：２ ０ １ ２ ． １ １ － １ ９
堆芯概念设 计。
关键 词 ：超临界水冷反应堆 ；稳态物理 ． 热 工水 力耦 合 ；概念设计 ； Ｃ Ａ Ｓ Ｉ Ｒ
中图分 类号 ：Ｔ Ｌ ３ ６ ４ 文献标志码 ：Ａ
１ 引 言
超临界水 冷反应堆 （ Ｓ Ｃ ＷＲ）运行在水的热 力学临界点 （ ３ ７ ４ ℃， ２ ２ ． １ ＭＰ ａ ） 之上 ，堆芯冷却 剂人 口温度约 ２ ８ ０ ℃，出口温度约 ５ ０ ０ ℃，在 ２ ５ ＭＰ ａ 的运行压力下 ，堆芯 中冷却剂的密度变化范 围较大 ， 从堆芯人 口 处的 Ｏ ． ８ ｇ ／ ｍ 。 变化为堆芯出 口的 ０ ． １ ｇ ／ ｍ 。 ，因此 ，即使在堆芯稳态运行工况
稳态 物理 ． 热工 水力 耦合计 算 的程序 系统 Ｃ Ａ Ｓ Ｉ Ｒ 。Ｃ Ａ Ｓ Ｉ Ｒ 由改进 的压水 堆堆 芯 中子 学计算程 序 和适用 于 Ｓ Ｃ ＷＲ燃料组件计算 的子通道 热工． 水 力程序组成 ， 具 备调整堆芯下腔室入 口流量 分配的功 能。 针对 Ｃ Ｓ Ｒ１ ０ ０ ０ 双流程 的 Ｓ Ｃ ＷＲ首 循环 堆芯 ，通过与蒙特卡罗程序对 比寿期初时刻计算结果 的方式 ，初 步验证 Ｃ ＡＳ Ｉ Ｒ计算 Ｓ Ｃ ＷＲ堆芯 中子学 问题 的准确性 ； 通过 Ｓ Ｃ ＷＲ堆芯燃耗模拟 ， 以及 调整堆芯流量分布使得最大包壳表 面温度 （ ＭＣ Ｓ Ｔ） 满足设计限值 的测试 ， 表明 Ｃ ＡＳ Ｉ Ｒ满足 Ｓ Ｃ ＷＲ堆芯设 计的要求 ， 可应用于方形燃料组 件的 Ｓ Ｃ ＷＲ
反应堆热工水力计算模型研究
反应堆热工水力计算模型研究一、反应堆热工水力计算模型的重要性随着人们对清洁能源的需求不断增加，核能作为一种清洁、高效的能源形式，备受关注。
而反应堆的热工水力计算模型则是核能发电的重要组成部分。
反应堆热工水力计算模型可以对反应堆的热力学性能、水力学性能和安全性能等方面进行预测和评估，为反应堆的稳定运行和安全运行提供了基础保障。
因此，反应堆热工水力计算模型的研究和优化对于提高反应堆的运行效率、保障反应堆的安全运行以及推广核能发电等方面都具有十分重要的意义。
二、反应堆热工水力计算模型的基本原理反应堆热工水力计算模型主要涉及热力学和水力学两方面。
热力学方面，热力学模型主要是通过数学公式和软件仿真来模拟反应堆的放射性衰变过程、热传输过程、燃料的热效应等，从而得到反应堆的温度、压力、功率等重要参数。
水力学方面，则需要应用流体力学的理论和方法，对反应堆中流体运动、压降、流量、湍流等水力学现象进行模拟计算，从而研究反应堆内的水流动态，掌握反应堆的水力性质。
综合热力学和水力学，可以构建出反应堆工作姿态、切换姿态、事故状态的数学模型，进行仿真计算。
三、反应堆热工水力计算模型的研究现状反应堆热工水力计算模型的研究，主要集中在成熟核电站的运行优化和新型反应堆的设计上。
通过对现有反应堆的建模和仿真计算，揭示其中的热力学、水力学参数分布规律，进而优化反应堆的运行模式，提升反应堆效率。
同时，反应堆热工水力计算模型的研究也涉及到新型反应堆设计的相关问题。
对于新一代反应堆的研究和设计，需要基于大量实验测试和数据，构建反应堆的数学模型，对反应堆的可行性、稳定性和安全性进行全面评估。
四、反应堆热工水力计算模型的未来发展反应堆热工水力计算模型的研究，将成为反应堆稳定运行的必要条件之一。
未来的研究方向包括以下几个方面：1、建立更加精细、准确的反应堆热工水力计算模型，用于反应堆各种状态的热力学和水力学计算，同时对反应堆事故状态进行预测和评估。
适用于反应堆的多物理耦合框架研究
适用于反应堆的多物理耦合框架研究引言在核能技术领域，多物理耦合是一个重要的研究方向。
随着反应堆技术的不断发展，对于反应堆系统的多物理耦合模拟和研究也变得越来越重要。
多物理耦合框架是一种将不同物理过程（如热传导、流体动力学、中子输运等）相互耦合的方法，能够更全面地描述反应堆系统的行为。
本文将探讨适用于反应堆的多物理耦合框架研究的相关内容。
一、多物理耦合框架的概念多物理耦合框架是一种用于描述不同物理过程相互作用的数学模型。
在反应堆系统中，热传导、流体动力学、中子输运等物理过程同时存在并相互影响，需要采用多物理耦合框架来综合考虑这些过程。
多物理耦合框架的建立主要包括以下几个步骤：确定系统的物理过程和相互之间的耦合关系、建立数学模型和方程、开发数值方法进行求解、验证和验证方法的有效性。
二、多物理耦合框架在反应堆系统中的应用1. 热传导和流体动力学的耦合在反应堆系统中，热传导和流体动力学是两个重要的物理过程。
燃料棒内部的热传导过程决定了燃料的温度分布，而冷却剂的流体动力学行为直接影响着热能的传递和燃料棒的冷却效果。
研究热传导和流体动力学之间的耦合关系对于反应堆系统的安全和性能至关重要。
2. 中子输运和热工水力的耦合在压水反应堆等中子热中子多物理系统中，中子输运和热工水力是两个紧密联系的物理过程。
中子输运方程描述中子的输运和相互作用，而热工水力方程描述了冷却剂的流动和温度场的分布。
研究中子输运和热工水力之间的耦合关系，可以更准确地评估中子感应热和流体动力学效应对于反应堆系统的影响。
三、多物理耦合框架的研究进展随着计算机技术的不断进步，多物理耦合模拟和研究的能力也得到了极大的提升。
基于有限元方法和有限体积法等数值方法，可以对包括热传导、流体动力学、中子输运等在内的多个物理过程进行耦合模拟，并获得准确的数值解。
开展了大量的实验和验证工作，验证了多物理耦合模拟方法的有效性和准确性。
四、未来的研究方向1. 多尺度多物理耦合模拟目前的多物理耦合模拟主要集中在宏观尺度上，而对于微观尺度的物理过程（如燃料的微观结构、冷却剂的微观结构等），还需要进一步研究和开发多尺度多物理耦合模拟方法。
典型压水堆堆芯物理-热工耦合稳态计算软件的开发与验证
原子能科学技术 +,$-./0123456/.21/271892/:1$%$45
#$%&!!!'$&" +;3&()(*
典型压水堆堆芯物理.热工耦合 稳态计算软件的开发与验证
李治刚*(安!萍*(潘俊杰*(卢!川*(芦!餠*(" 杨洪润*(
收 稿 日 期 ()()?)!?)>&修 回 日 期 ()()?)>?(> 作 者 简 介 李 治 刚 "*@G@' #!男 !四 川 成 都 人 !工 程 师 !硕 士 !从 事 反 应 堆 堆 芯 计 算 软 件 研 发 " 通 信 作 者 芦 ! 餠 !0?-7.%(%EW2.@V"*><&am 能 科 学 技 术 ! ! 第!!卷
9:2N.1.,2Y$%E-2-2,:$8718N.1.,28.NN2321/2 -2,:$8 W232EV28,$V$%Y2:27,/$18E/? ,.$1 -$82%.1+da//;3$437-&\7V28$1,:2,5;./7%cSdX21/:-73H '0+Tdc?=?<<!! ,:27X.%.,5$NV,2785?V,7,2/$E;%.14/7%/E%7,.$1$N,:2;3$437- W7VY23.N.28&9:2H25 ;737-2,23V$N,:2;3$437-!VE/:7V/3.,./7%X$3$1/$1/21,37,.$1718/$32C$;;%23,2-? ;237,E32!732.14$$874322-21,W.,:32N2321/232VE%,V&9:232%7,.Y282Y.7,.$1X2,W221 ,:2/3.,./7%X$3$1/$1/21,37,.$1718,:232N2321/232VE%,V.V%2VV,:71)^
核反应堆多物理场耦合模拟研究在核能领域, 针对核反应堆的安全性能评估和优化设计等问题涉及多种物理量的耦合, 包括核燃料温度, 热工水力, 中子输运, 辐射传输等。
因此需要进行多物理场耦合模拟研究, 提高反应堆设计的安全可靠性。
核反应堆的设计与研发需要运用多学科间的知识和技术。
理论计算技术在这一过程中逐渐发挥越来越重要的作用。
多物理场耦合模拟研究是其中的关键环节。
其主要目的是利用计算机对反应堆的设计、运行过程进行三维复杂性模拟，揭示反应堆的物理本质，评估其运行安全性，并对其进行性能优化。
通过强化这种动态分析和模拟模型的研究，为核反应堆的集成设计理念提供有力的技术支撑。
核反应堆多物理场耦合模拟的方法主要分为两种: 耦合法和嵌套法。
耦合法主要是将不同的物理场计算所得的计算量进行耦合, 形成反应堆的全尺寸数值模拟, 以解决真实反应堆中复杂的多物理场耦合问题。
在计算预测的求解过程中, 可以针对不同-物理问题采用不同的数值计算方法和求解策略。
嵌套法则依赖于不同领域的单物理场计算结果进行反应堆数值模拟，通过这种方法来实现各个物理量之间的耦合。
耦合法和嵌套法各有优缺点。
耦合法模拟的范围广，整体性强，但解题需要花费的时间和计算资源较多。
嵌套法相对快速，但它只能处理单一物理场的模拟。
反应堆燃料的核物理行为是核能问题的核心。
核物理运动方程是核反应堆模拟的核心部分。
核物理计算在许多科学研究和工程应用领域都占有重要的位置。
核反应堆不同层次的模拟均需要进行核物理计算。
由于核能问题是多组分多物理场的高度复杂问题,目前的研究方法还受到许多限制。
核能领域需要发展出更准确和有效的计算模型, 将核反应堆的多物理场耦合行为表现得更加准确和精细, 以提高核能的应用和研究水平, 进而实现我国核能事业走较为稳健的道路。
为了更好地模拟反应堆的多物理场耦合, 必须借助高性能计算技术，开展大规模并行计算, 以缩短计算时间, 扩大计算规模, 提高计算精度, 解决核能领域面临的现实挑战, 为我国的核能事业构建更为壮大、先进的技术支撑。
关于压水堆核电站堆芯物理热工水力耦合特性分析
关于压水堆核电站堆芯物理/热工水力耦合特性分析作者：孙暖来源：《现代企业文化》2019年第22期中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）8-191-01摘要对于反应堆堆芯而言，其在具体的实践中，会涉及很多方面的因素，比如热工水力、反应堆物理等内容。
基于这些情况，一方面可以说，热工水力参数会受到一些因素的影响，这些因素可能是堆芯内裂变功率；另一方面，对于反应性变化而言，其可以受到热工水力参数的影响，主要通过两点方式进行，其一是燃料多普勒效应；其二是慢化剂温度效应。
关键词压水堆核电站堆芯物理热工水力耦合特性对于RELAP5程序而言，RELAP5-3D是最新版本，在该项实践中，应用到的元素主要有两个，其一是三维物理计算程序；其二是三维水力学部件。
在应用这两种元素的同时，对堆芯进行计算，主要涉及热工水力耦合、以及三维物理两方面内容。
这一模式的应用，对于实践有着不错的效果。
基于此，本文将以RELAP5-HD为基点，进行堆芯耦合计算，并建立对应的模型，从而细致地研究堆核电站堆芯物理以及热工水力耦合特性问题。
一、RELAP5-HD 相关仿真模型的建立（一）中子物理模型在建设RELAP5-HD 模型时，其所使用的程序中有很重要的一个，即Nestle程序。
在利用该程序时，还融合进了新的内容，也就是衰变热计算模型，对于该模型进行适当的修改后，就投入到Nestle程序中。
对于Nestle程序而言，其具备一个基础模型，就是扩散方程模式，在该模式中，其是三维带6组的少群，还可以缓发中子。
关于这一模式的应用原理，主要涉及这几点内容，第一点是 NEM方式；第二点是三维功率系统分布，该分布属于非线性迭代模式。
之后，在进行对应的加速求解，就可以解决此时出现的问题，比如堆芯稳态特征值、以及瞬态等问题，在这一过程中，我国对于六角形等组件方面的计算比较有优势。
（二）物理/热工水力节块划分与藕合方式在该应用中，其所依据的方法主要是相关节块法，并以此为基点展开对应的后续工作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
堆芯热工水力多尺度耦合计算研究
堆芯热工水力计算是压水反应堆安全分析的重要部分, 它有利于提高反应堆的安全性以及经济性。
目前, 应用于反应堆的热工水力计算程序根据建模尺度可以分为：系统程序、子通道程序和CFD程序,每种尺度的程序在模拟精度与效率上各有优势。
为了在整体仿真的精度与效率间达到适当的平衡, 开展多尺度耦合计算研究工作成为了必要。
本文以压水堆为对象,使用商用CFD程序FLUENT寸压力容器下降段及下腔室进行了精细化仿真, 同时使用子通道程序COBRA-IIIC/MIT2 进行了全堆芯子通道计算。
最后结合下腔室与堆芯两个区域, 展开了热工水力多尺度耦合计算研究。
首先,本文在精细化的CFD计算中,研究了压力容器下降环段及下腔室复杂结构的网格处理方案, 使用分区计算的方法研究了湍流模型对研究对象的适用性,并以此为基础, 设计了多湍流模型混合计算方案。
通过与实验数据的对比分析, 证明了多湍流模型耦合计算方案在压力容器结构中的适用性, 并且较传统的单一模型计算方案而言,在保证足够计算精度的前提下取得了更好的经济性。
其次,本文以KONVO压水堆为对象建立了燃料组件为单元的全堆芯子通道模型, 并通过验证计算证明了该模型的合理性。
在此基础上对堆芯内不同组件通道的热工水力现象进行了分析, 总结了关键热工参数（压降、流量、温升等）的变化规律, 为开展热工水力多尺度耦合计算研究奠定了基础。
最后, 本文在分别验证了下腔室及子通道计算方案合理性的基础上,采用区域分解耦合法,利用FLUENT商用软件的二次开发功能与
COBRA-IIIC/MIT2 开源程序的可扩展性, 编写了数据交互程序与逻辑主控程序完成
了FLUENT/COBRA式耦合程序的开发。
通过稳态工况的耦合计算, 分析了下腔室与堆芯流场的相互作用规律,通过瞬态工况的模拟, 研究了耦合时间步长的敏感性以及堆芯流场对下腔室流场的瞬态响应特性, 并对偏环失流工况进行了计算分析, 总结了下腔室及堆芯热工参数的变化规律。
通过以上三个方面的研究, 掌握了堆芯热工水力多尺度耦合计算方法, 为反应堆的优化设计与安全分析提供了一定的参考价值。