非均勻功率分布棒束CHF試驗件的建模方法及CHF預測方法與流程

本發明主要涉及核電反應堆，尤其涉及一種非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法及chf預測方法。

背景技術：

1、臨界熱流密度（critical?heat?flux，簡稱“chf”）是指沸騰傳熱機理發生變化從而導致發熱元件表面傳熱惡化時單位時間單位表面積傳遞的熱量，是燃料組件的關鍵熱工性能參數，同時也是反應堆安全相關的重要限制性熱工參數，其大小直接影響反應堆的安全性和經濟性。

2、chf試驗通常以表征真實燃料組件格架設計特征的小比例格架和模擬燃料棒的電加熱棒組裝而成的棒束試驗件為對象，在高溫、高壓試驗回路中開展不同壓力、冷卻劑入口流量、冷卻劑入口溫度等工況下的試驗，獲得加熱棒表面發生傳熱惡化時的chf值。chf試驗用加熱棒為關鍵試驗件，電加熱棒電阻的軸向和徑向分布形式直接影響其各個位置的發熱量。對于壁厚均勻的電加熱棒而言，其電阻沿軸向和徑向是均勻的，故各個位置的發熱量也基本相同。然而，實際上真實的燃料棒沿軸向的發熱量是非均勻的，需要沿長度方向改變電加熱棒的電阻，使其沿長度方向按一定的趨勢變化，從而實現非均勻功率分布。

3、采用非均勻功率分布的電加熱棒開展chf試驗的難點之一是合理的布置溫度監測點，溫度監測點的合理性直接關系試驗的成功與否。因此溫度監測點應布置在根據chf預測關系式或子通道分析程序預測的可能發生chf現象的位置。然而，chf預測關系式通常根據chf試驗數據開發，且有明確的參數適用范圍。在開展chf試驗之前，一般而言，通常基于子通道分析程序建立chf試驗子通道分析模型，對燃料組件chf特性進行預分析。因此亟需針對非均勻功率分布燃料棒束chf試驗建立子通道分析模型，對非均勻功率分布燃料棒束chf進行合理預測，為正式開展chf試驗提供必要的數據參考和試驗指導。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是提供一種非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法及chf預測方法，解決缺少針對非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明提供了一種非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法，包括：

3、（1）?確定非均勻功率分布棒束chf試驗件的幾何參數，所述幾何參數包括加熱棒規格及數量、格架規格及數量和流道規格尺寸；

4、（2）?徑向通道劃分，基于試驗本體流道與棒束的橫截面，將各個流道劃分為不同類型通道，通道類型包括典型柵元和非典型柵元；

5、（3）?軸向節塊劃分，基于非均勻功率分布棒束chf試驗件的實際加熱段長度，以加熱段起始點為0標高，沿軸向換分為多個區域和多個節塊；

6、（4）?確定通道幾何參數，確定各個類型通道的流通面積、潤濕周長、加熱周長、相連通道間隙寬度和中心距；

7、（5）?確定加熱功率分布，在加工完成后實測每根加熱棒的電阻，進而計算獲得非均勻功率分布棒束chf試驗件相對應的徑向功率因子、軸向功率因子、加熱棒與子通道的連接關系；

8、（6）?確定工況范圍，所述工況范圍包括壓力、溫度、流量和功率范圍；

9、（7）?選取兩相流模型；

10、（8）?確定湍流交混系數；

11、（9）?確定流動阻力系數，所述流動阻力系數包括湍流軸向阻力系數、湍流橫向阻力系數、層流軸向阻力系數和層流橫向阻力系數；

12、（10）確定格架位置，確定格架阻力系數與對應標高。

13、可選地，選取兩相流模型包括：兩相流模型采用levy過冷模型、均勻體積沸騰模型以及均勻兩相阻力因子。

14、可選地，確定湍流交混系數包括：為了chf預測值的保守性，湍流交混系數取光棒區對應的數值，湍流交混因子保守取0。

15、可選地，確定流動阻力系數包括：湍流軸向阻力系數取 f1=0.184re-0.2，所述層流軸向阻力系數取 f2=64.0re-1.0，湍流橫向阻力系數和層流橫向阻力系數都取kg=2.66rel-0.2。。

16、可選地，所述非典型柵元包括冷壁柵元、邊柵元和角柵元。

17、可選地，計算所述邊柵元和所述角柵元的潤濕周長時考慮該柵元內試驗本體流道的潤濕周長。

18、可選地，所述加熱棒規格及數量包括電加熱棒數量、類型、每種類型的電加熱棒的分布位置、每種類型的電加熱棒的基本幾何參數。

19、可選地，所述電加熱棒的基本幾何參數包括電加熱棒的外徑、長度、柵距、與流道內壁面的間隙。

20、為解決上述技術問題，本發明提供了一種chf預測方法，包括：

21、采用如上所述的建模方法構建chf試驗件模型；

22、將加熱功率分布輸入所述chf試驗件模型，獲得非均勻功率分布棒束chf預測參數。

23、可選地，所述chf預測參數包括：chf值、含氣率、chf發生位置以及chf預分析工況的有效性。

24、與現有技術相比，本發明具有以下優點：

25、本發明提供一種非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法及chf預測方法。非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法主要包括10個步驟：確定燃料棒束幾何參數、徑向通道劃分、軸向節塊劃分、確定通道幾何參數、確定加熱功率分布、確定工況范圍、選取兩相流模型、確定湍流交混系數、確定流動阻力系數、確定格架位置，本發明提出了針對非均勻功率分布棒束chf試驗件完整、系統的子通道建模方法，能夠更加準確的預測非均勻功率分布棒束chf參數；本發明的chf預測方法能夠更加準確的預測非均勻功率分布棒束chf，并可以根據chf預測值對chf試驗的工況設置和熱電偶布置方案提供必要的指導和數據支撐，對于保障非均勻功率分布棒束chf試驗的順利開展具有重要價值。

技術特征：

1.一種非均勻功率分布棒束chf試驗件的建模方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的建模方法，其特征在于，選取兩相流模型包括：

3.如權利要求1所述的建模方法，其特征在于，確定湍流交混系數包括：

4.如權利要求1所述的建模方法，其特征在于，確定流動阻力系數包括：

5.如權利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述非典型柵元包括冷壁柵元、邊柵元和角柵元。

6.如權利要求5所述的建模方法，其特征在于，計算所述邊柵元和所述角柵元的潤濕周長時考慮該柵元內試驗本體流道的潤濕周長。

7.如權利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述加熱棒規格及數量包括電加熱棒數量、類型、每種類型的電加熱棒的分布位置、每種類型的電加熱棒的基本幾何參數。

8.如權利要求7所述的建模方法，其特征在于，所述電加熱棒的基本幾何參數包括電加熱棒的外徑、長度、柵距、與流道內壁面的間隙。

9.一種chf預測方法，其特征在于，包括：

10.如權利要求9所述的chf預測方法，其特征在于，所述chf預測參數包括：chf值、含氣率、chf發生位置以及chf預分析工況的有效性。

技術總結
本發明主要涉及核電反應堆技術領域，尤其涉及一種非均勻功率分布棒束CHF試驗件的建模方法及CHF預測方法。非均勻功率分布棒束CHF試驗件的建模方法主要包括10個步驟：確定燃料棒束幾何參數、徑向通道劃分、軸向節塊劃分、確定通道幾何參數、確定加熱功率分布、確定工況范圍、選取兩相流模型、確定湍流交混系數、確定流動阻力系數、確定格架位置，本發明提出了針對非均勻功率分布棒束CHF試驗件完整、系統的子通道建模方法，能夠更加準確的預測非均勻功率分布棒束CHF參數。

技術研發人員：施偉,劉帥,任冰,劉展,干富軍,許志紅,秦慧敏,張迪,姚凱文,董思瑩,潘文安,劉鏑,鄒家懋,孫明軍,亓傳剛
受保護的技術使用者：上海核工程研究設計院股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/12/26